CN111987470B - 宽带高角度稳定性频率选择表面 - Google Patents

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Abstract

本发明属于天线罩电磁设计仿真领域，具体涉及宽带高角度稳定性频率选择表面；所述选择表面自上而下共有7层，依次为：第一面层、第二面层、第三面层、第四面层、第五面层、第六面层、第七面层，层与层之间通过胶膜粘接固定形成整体多层结构；其中，第一面层、第二面层、第四面层、第六面层、第七面层均为介质层，且第一、第七面层完全相同，第二、第六面层完全相同；所述第四面层为结构支撑层；所述第三、第五面层为基本金属微单元不同的金属周期面层。本发明实现了天线罩平板的宽带和高角度稳定，通过采用小型化的FSS来获得谐振频率的稳定性，同时可以通过较低介电常数的外加层作为补偿层来提高带宽的稳定性。

Description

宽带高角度稳定性频率选择表面
技术领域
本发明属于天线罩电磁设计仿真领域，具体涉及宽带高角度稳定性频率选择表面。
背景技术
频率选择表面(FSS)是由二维周期元素组成，它的电磁特性随频率、极化和入射角的变化而变化。通过适当的设计，FSS在某些特定的频段内可以实现电磁波的透射，其余频段内电磁波实现反射。作为一个滤波器，FSS应在不同的入射角和偏振下提供稳定的滤波特性。经过多年的研究，频率选择表面经常用于天线罩的设计。
传统的频率选择表面结构只能实现窄带通带或阻带。近年来，为了实现二阶甚至更高阶滤波器，研究人员提出了多层FSS的设计结构，大大拓宽了通带带宽。但是，一旦电磁波入射角发生变化，频率点会产生明显的偏移，对天线罩的传输性能造成不良影响。
发明内容
发明创造目的：本发明主要解决的问题是实现天线罩平板的宽带和高角度稳定，通过采用小型化的FSS来获得谐振频率的稳定性，同时可以通过较低介电常数的外加层作为补偿层来提高带宽的稳定性，利用Munk理论对频率选择表面进行角稳定性的带宽补偿。
技术方案：
本发明提出的宽带高角度稳定性FSS结构，该结构自上而下共有7层，依次为：第一面层、第二面层、第三面层、第四面层、第五面层、第六面层、第七面层，层与层之间通过胶膜粘接固定形成整体多层结构；其中，第一面层、第二面层、第四面层、第六面层、第七面层均为介质层，且第一、第七面层完全相同，第二、第六面层完全相同；所述第四面层为结构支撑层；所述第三、第五面层为基本金属微单元不同的金属周期面层。
优选的，第三面层为金属周期面层，由若干基本金属微单元无间隙周期排列而成，所述基本金属微单元为双方环嵌套结构。
优选的，第五面层为金属周期面层，由若干基本金属微单元无间隙周期排列而成，所述基本金属微单元为方环中嵌套一十字结构，在十字结构中心设有一圆形孔。
优选的，第三、第五面层均由基本金属微单元及薄型介质衬底组成；所述基本金属微单元粘贴于所述薄型介质衬底上；所述薄型介质衬底选用PI膜；在制成工艺上，可以采用丝网印刷工艺加工而成，保证足够的加工精度。
优选的，所述第一、第七面层采用高介电常数介质材料，即高密度介质层；具体可以采用玻璃钢、环氧树脂等石英复合材料或者玻璃纤维复合面料等复合材料。
优选的，所述第二、第六面层为一低介电常数介质材料，即低密度介质层；具体可以采用NOMEX纸蜂窝或者PMI泡沫；所述第四面层采用层压板，保证足够的支撑强度。
有益技术效果：本发明的关键点在于宽带高角度频率选择表面的结构构成，在结构构成的基础上的各种具体的设计参数，以及该发明可以应用在雷达天线罩的制作上。可以广泛应用在雷达天线罩的制造。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为第三面层FSS阵子单元结构图；
图3为第五面层FSS阵子单元结构图；
图4为第三面层FSS阵子排列示意图；
图5为第五面层FSS阵子排列示意图；
图6为多层结构垂直极化仿真计算结果；
图7为多层结构平行极化仿真计算结果。
具体实施方式
参见附图1所述，本发明提出的宽带高角度稳定性FSS结构；该结构自上而下共有7层，包括两层蒙皮(玻璃布，如面层1、面层7所示)，两层芯层(PMI泡沫或者蜂窝，如面层2、面层6所示)，中间层面层4为Rogers5880的层压板，在中间层的上下设有金属周期面层(如面层3、5所示)。
其中面层3的金属单元面层为双方环嵌套结构，具体基本金属微单元如图2所示，形如回字形。面层5的金属面单元面层为方环中嵌套一十字结构，在十字结构中心有一圆形孔，如图3所示。上下具有周期结构的金属单元，可以等效为两个GSL(gridded squareloops)，其本质为一个电感并联一个串联的LC谐振器。该结构具有频带内透波性较好，带外截止高，且两者组合可以增加带宽。
所述的面层1为高介电常数介质材料，可以采用玻璃钢、环氧树脂等石英复合材料或者玻璃纤维复合面料等复合材料，面层2为一低介电常数介质材料，可以采用NOMEX纸蜂窝或者PMI泡沫，面层4采用层压板；优选的层压板形式：低介电、低损耗、稳定的层压板。
根据Munk理论外层等效介电常数为：
εout＝1+cosθmax (1)
而根据有效介电常数的理论，可知将不同的介电常数的材料相组合可以得到较低的介电常数。因此可以得到：
ε2<εout<ε1 (2)
Figure BDA0002612015490000031
Figure BDA0002612015490000032
所述面层1、2的各层厚度一致，其中面层4的介质基底的厚度为3mm；所述的人造金属单元的材料为铜箔，可以采用沉积或者蚀刻的方式进行加工，铜箔的厚度为18μm，金属表面涂覆金。
实施案例1
本发明构造了一多层带宽补偿结构的高角度稳定性的FSS级联结构，其特征为：所述的结构包含如下结构单元，包括高介电常数介质层、低介电常数介质层和FSS阵子。FSS阵子分布在中心层的两侧。阵子的形式如图2-图5所示，其中黑色的部分为铜箔镀金，白色的部分为空气。
为了进行带宽补偿，最外层蒙皮采用环氧树脂或者玻璃纤维复合面料等高介电常数，第二层为一低介电常数的材料，可以是蜂窝或者泡沫。
外层3的FSS阵子位于中心层4上，该结构采用双方环结构，所述内环与外环之间的间距由平面波入射波长决定。
该结构具有大入射角频带稳定的特点。外层5的FSS阵子位于中心层4下，采用方环中心十字栅格单元，同时在十字栅格单元中心有一圆形的孔，所述圆孔孔径由平面波入射波长、十字格栅单元边长决定。
这两种FSS阵子结构组成的单元可以增加带宽，保持大入射角入射时频带的稳定性。
多层阵子的对齐方式为：双方环结构为同一中心，以这结构的中心为基准进行周期排列，下层5的FSS阵子与上层3的FSS阵子的中心对齐，两者宽度一致，排列的周期一致。通过调整FSS的尺寸、间距以及各层介质层的厚度数值，就能达到很好的传输通带以及高角度稳定性。
本发明采用不同材料的堆栈实现带宽的补偿以及在高角度时通带平坦度，同时在设计FSS单元时采用LC并联电路，其优点可以有效的控制其通频带和阻频带，有利于提高FSS的稳定性。
经过仿真优化后，垂直极化功率传输效率如图6所示；平行极化功率传输效率如图7所示。随着入射角的增加，在低频(<8GHz)和高频(>19GHz)拥有深截止特性和极化无关特性，在透波频段(12GHz～18GHz)保持着高传输特性。

Claims (8)

1.宽带高角度稳定性频率选择表面，其特征在于：所述选择表面自上而下共有7层，依次为：第一面层、第二面层、第三面层、第四面层、第五面层、第六面层、第七面层，层与层之间通过胶膜粘接固定形成整体多层结构；其中，第一面层、第二面层、第四面层、第六面层、第七面层均为介质层，且第一、第七面层完全相同，第二、第六面层完全相同；所述第四面层为结构支撑层；所述第三、第五面层为基本金属微单元不同的金属周期面层；所述第三面层由若干基本金属微单元无间隙周期排列而成，所述基本金属微单元为双方环嵌套结构；所述第五面层由若干基本金属微单元无间隙周期排列而成，所述基本金属微单元为方环中嵌套一十字结构，在十字结构中心设有一圆形孔；
多层阵子的对齐方式为：双方环结构为同一中心，以这结构的中心为基准进行周期排列，所述第五面层的FSS阵子与所述第三面层的FSS阵子的中心对齐，两者宽度一致，排列的周期一致。
2.根据权利要求1所述的宽带高角度稳定性频率选择表面，其特征在于：第三、第五面层均由基本金属微单元及薄型介质衬底组成；所述基本金属微单元粘贴于所述薄型介质衬底上。
3.根据权利要求1所述的宽带高角度稳定性频率选择表面，其特征在于：所述第三、第五面层采用丝网印刷工艺加工而成。
4.根据权利要求1所述的宽带高角度稳定性频率选择表面，其特征在于：所述第一、第七面层厚度相同，均采用高介电常数介质材料。
5.根据权利要求4所述的宽带高角度稳定性频率选择表面，其特征在于：所述第一、第七面层采用石英复合材料或者玻璃纤维复合面料。
6.根据权利要求1所述的宽带高角度稳定性频率选择表面，其特征在于：所述第二、第六面层厚度相同，均采用低介电常数介质材料。
7.根据权利要求6所述的宽带高角度稳定性频率选择表面，其特征在于：所述第二、第六面层具体采用NOMEX纸蜂窝或者PMI泡沫。
8.根据权利要求1所述的宽带高角度稳定性频率选择表面，其特征在于：所述第四面层采用层压板。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009170887A (ja) * 2007-12-17 2009-07-30 Fujimori Kogyo Co Ltd 電磁波吸収体
KR20160013697A (ko) * 2014-07-28 2016-02-05 충북대학교 산학협력단 박형 광대역 전파 흡수체
CN109273863A (zh) * 2017-07-18 2019-01-25 中国航空工业集团公司济南特种结构研究所 一种基于电磁谐振的超材料三频吸波结构
CN109449593A (zh) * 2018-12-04 2019-03-08 航天科工武汉磁电有限责任公司 一种宽通带天线罩及其应用
CN109509978A (zh) * 2018-12-21 2019-03-22 海宁利伊电子科技有限公司 高性能移动通信天线罩
CN208970751U (zh) * 2018-12-14 2019-06-11 天津光电通信技术有限公司 一种频率选择表面天线罩
CN111162384A (zh) * 2019-12-27 2020-05-15 南京鲲瑜信息科技有限公司 一种在c和x波段表现带通性能的c夹层宽带天线罩结构

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090058746A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Harris Corporation Evanescent wave-coupled frequency selective surface
CN106299674B (zh) * 2016-08-17 2019-01-18 大连理工大学 一种频率选择表面天线罩带宽补偿方法
JP7026124B2 (ja) * 2017-02-21 2022-02-25 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 受動中継装置、マイクロ波ネットワーク、及び中継装置を設計する方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009170887A (ja) * 2007-12-17 2009-07-30 Fujimori Kogyo Co Ltd 電磁波吸収体
KR20160013697A (ko) * 2014-07-28 2016-02-05 충북대학교 산학협력단 박형 광대역 전파 흡수체
CN109273863A (zh) * 2017-07-18 2019-01-25 中国航空工业集团公司济南特种结构研究所 一种基于电磁谐振的超材料三频吸波结构
CN109449593A (zh) * 2018-12-04 2019-03-08 航天科工武汉磁电有限责任公司 一种宽通带天线罩及其应用
CN208970751U (zh) * 2018-12-14 2019-06-11 天津光电通信技术有限公司 一种频率选择表面天线罩
CN109509978A (zh) * 2018-12-21 2019-03-22 海宁利伊电子科技有限公司 高性能移动通信天线罩
CN111162384A (zh) * 2019-12-27 2020-05-15 南京鲲瑜信息科技有限公司 一种在c和x波段表现带通性能的c夹层宽带天线罩结构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Applications of a Frequency Selective Surface Based on a Combina;Petru Adrian Buta等;《2018 International Conference on Communications》;20181008;全文 *
一种新型双通带频率选择表面;曹其栋等;《电子元件与材料》;20180419(第04期);全文 *

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