CN112928486A

CN112928486A - 一种三频带频率选择表面

Info

Publication number: CN112928486A
Application number: CN202110109130.9A
Authority: CN
Inventors: 闫丽萍; 张靖晗; 赵翔
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2041-01-27
Also published as: CN112928486B

Abstract

本发明涉及电磁场与微波技术领域。本发明公开了一种三频带频率选择表面，由周期性排列的结构单元构成，所述结构单元包括介质基板、导电带和缝隙，其特征在于，所述导电带和缝隙具有旋转对称性，介质基板两面的导电带和缝隙具有相同的旋转对称中心和旋转角度，所述结构单元构成的频率选择表面在频率为2515～2675MHz、3400～3600MHz和4800～4900MHz处其微波透射曲线具有最小值。本发明提供了覆盖2.6GHz、3.5GHz和4.85GHz的5G信号屏蔽，对不同极化方式的入射波，其频率选择性非常稳定，并且几乎不随入射角度而发生变化。本发明非常适合5G频段的相关应用。

Description

一种三频带频率选择表面

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术领域，特别涉及电磁屏蔽技术，具体涉及一种三频带频率选择表面结构。

背景技术

频率选择表面是一种由特定结构单元，以特定形式周期排列的周期阵列。对特定频段下的电磁波具有反射、透射或者吸收的功能，因此已经被广泛地应用在雷达罩、天线反射面、电磁隐身、电磁屏蔽、电磁兼容等设计中。

上述结构单元，通常由介质基板以及介质基板正面和/或背面分布的导电带和缝隙(导电带分布的空白处)构成。工程上多采用印刷电路板，通过刻蚀工艺制作完成。也可以采用在介质基板上粘贴或涂覆导电层来制作。

导电带结构和形状根据不同设计目的具有多样性，如直线型导电带、弧形导电带、矩形回转线导电带、弧形回转线导电带等。

近年来，日益复杂的电磁环境带来了严峻的电磁干扰问题，这很可能导致敏感电子设备发生故障。因此，为敏感电子设备提供电磁干扰屏蔽是十分必要的。

传统的金属屏蔽罩，是由金属薄板构成，造价高，重量大，且只能提供全频段电磁波的屏蔽。而频率选择表面因其对空间电磁波的选择透过性，可以帮助敏感电子设备在正常通信的同时免受干扰辐射信号的影响，已经成为了一种有效的电磁屏蔽手段，具有重要的工程意义。

第五代移动通信技术迅速发展，除了高于24GHz的高频毫米波频段外，低于6GHz的部分仍然是当前的主流应用范围。2018年12月，中国三大运营商的5G频谱分配方案已经落定；2019年6月，中国三大运营商正式获得5G商用牌照；截止目前，各大运营商已经在多个城市完成重点区域5G覆盖，5G通信已经大规模投入使用。

从频率分配情况来看，中国5G通信主要涉及2.6GHz(中心频率2.595GHz)、3.5GHz和4.85GHz三个频段：中国电信获得3400～3500MHz共100MHz的频谱资源；中国联通获得3500～3600MHz共100MHz的频谱资源；而中国移动获得2515-2675MHz以及4800-4900MHz共260MHz的频谱资源。

目前已有一些对三频带频率选择表面的研究设计。然而，一方面，针对以上三个5G频段的电磁屏蔽技术仍是空白；另一方面，没有经过特殊设计的三频带频率选择表面普遍存在各谐振频点间容易互相影响、稳定性差等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三频带频率选择表面，以解决5G通信技术中信号选择屏蔽的技术问题，提高频率谐振点的稳定性和屏蔽效果。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种三频带频率选择表面，由周期性排列的结构单元构成，所述结构单元包括介质基板、导电带和缝隙，其特征在于，所述导电带和缝隙具有旋转对称性，介质基板两面的导电带和缝隙具有相同的旋转对称中心和旋转角度，所述结构单元构成的频率选择表面在频率为2515～2675MHz、3400～3600MHz和4800～4900MHz处其微波透射曲线具有最小值。

在某些实施例中，所述频率选择表面在频率接近2595MHz、3500MHz和4850MHz处其微波透射曲线具有最小值。

在某些实施例中，所述频率选择表面由双面印刷电路板加工制成。

在某些实施例中，所述旋转角度为90°。

在某些实施例中，所述导电带和缝隙构成4个形状相同配置方向不同的基本单元，该4个基本单元以O为中心分布在4个象限，O点即为旋转对称中心。

在某些实施例中，所述导电带包括回转线导电带。

在某些实施例中，所述回转线导电带为矩形回转线导电带。

在某些实施例中，介质基板背面的部分或全部导电带分布位置与介质基板正面的缝隙位置对应。

在某些实施例中，介质基板背面的部分或全部缝隙分布位置与介质基板正面的导电带位置对应。

根据本发明技术方案及其在某些实施例中进一步改进的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了覆盖2.6GHz、3.5GHz和4.85GHz的5G信号屏蔽，填补了技术空白；

进一步应用旋转对称性和小型化技术，获得入射波极化独立性和宽入射角度稳定性；

应用互补频率选择表面技术，减小两层导电带间的耦合作用，削弱各谐振频点间的影响，改善了结构的稳定性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是实施例的频率选择表面结构单元周期性排列示意图；

图2是图1中结构单元的分解示意图；

图3是图1中介质基板正面导电带和缝隙结构示意图；

图4是图1中介质基板背面导电带和缝隙结构示意图；

图5是图2中去掉介质基板后质基板正面和背面导电带重叠在一起的示意图；

图6是实施例的频率选择表面在垂直入射的情况下透射系数S₂₁仿真曲线图；

图7是实施例的频率选择表面在不同角度TE极化入射波照射下的透射系数S₂₁仿真曲线图；

图8是实施例的频率选择表面在不同角度TM极化入射波照射下的透射系数S₂₁仿真曲线图。

图中：

1——介质基板；

2——介质基板正面导电带；

3——介质基板背面导电带；

4——两面导电带重合部分；

5——两面缝隙重合部分；

20——介质基板正面缝隙；

30——介质基板背面缝隙。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明涉及到旋转对称性，其定义可以表述为：

一个平面图形L绕平面上某点O旋转α(0°＜α＜360°)后得到的新图形L*如果与L完全重合，则称L是平面旋转对称图形，并称图形L具有旋转对称性。称点O为图形L的旋转中心，称α为平面旋转图形L的旋转角。

由于微波传输的特性，而且导电带厚度非常小，导电带的厚度通常可以忽略，所以导电带可以看成是平面图形。

实施例

本发明用于5G信号屏蔽的三频带频率选择表面，由周期性排列的结构单元构成，参见图1所示，示出了3个结构单元构成的阵列。

如图2所示，本例结构单元为一个边长为a＝5.81mm的正方形结构单元，包括介质基板1、介质基板1正面的导电带2和缝隙20、介质基板背面的导电带3和缝隙30。

本例导电带2、导电带3、缝隙20和缝隙30都具有旋转对称性，介质基板两面的导电带和缝隙具有相同的旋转对称中心和旋转角度。

本例结构单元构成的频率选择表面在频率为2515～2675MHz、3400～3600MHz和4800～4900MHz处其微波透射曲线S₂₁具有最小值。

本例用于5G信号屏蔽的三频带频率选择表面，可以采用双面印刷电路板，通过刻蚀工艺加工制作完成。具有工艺成熟，成本低的优点。

参见图2，本例导电带和缝隙构成4个形状相同配置方向不同的基本单元，这4个基本单元以O为中心分布在4个象限，O点即为旋转对称中心，其旋转角度α＝90°，如图2所示。

由图2可以看出，本例介质基板1正面和背面的导电带和缝隙具有相同的旋转中心和旋转角度。

根据旋转对称图形的性质，显然nα也是导电带和缝隙的旋转角度，其中n为非零整数。

这种旋转对称性，保证了本发明频率选择表面的入射波极化独立性和宽入射角度稳定性。本发明频率选择表面对入射波极化方式不敏感，入射角度的变化对频率选择性的影响也不明显。

本例导电带为矩形回转线导电带，导电带折弯都是直角，如图3和图4所示。

这种矩形回转线导电带，不但能够满足旋转对称性的要求，而且可以实现密集分布，有利于提高频率选择表面的性能。

本例结构单元中，介质基板1背面的部分或全部导电带3分布位置与介质基板1正面的缝隙20位置对应；介质基板1背面的部分或全部缝隙30分布位置与介质基板1正面的导电带2位置对应。

由图3和图5可见，介质基板1正面的导电带2周期性排列，导电带2宽度均为w1，相邻结构单元间距为d，基本单元内导电带2之间的最小间距为w2。结构单元之间的边框为宽度＝d/2的缝隙。(这里w1、w2和d均为0.13mm)

由图4和图5可见，介质基板1背面的导电带3也是周期排列的，这里相邻结构单元间距为0，相邻结构单元的边缘条带组成了一个宽度为d的导电带。除此之外，其余导电带宽度最小为w2，基本单元内导电带带3间距均为w1。

本例频率选择表面在频率为2515～2675MHz、3400～3600MHz和4800～4900MHz处，的微波透射率S₂₁曲线具有最小值，图6示出了在垂直入射条件下三个频段的最小值分别位于2.61GHz、3.50GHz和4.88GHz处，低频段非常接近2595MHz的中心频率，中频段正好处于3500MHz的中心频率，高频段也非常接近4850MHz的中心频率。

由此可见，本发明的频率选择表面微波透射率S₂₁曲线最小值都位于中国5G的三个频段内，非常接近或处于三个频段的中心，非常适用于5G相关设备作为频率选择表面。

由图7和图8可见，在不同入射角度下，TE波和TM波透射率S21曲线具有最小值也发生在2.61GHz、3.50GHz和4.88GHz处，对不同极化方式的入射波，其频率选择性非常稳定，并且几乎不随入射角度而发生变化，充分体现了本发明旋转对称性和回转线导电带的优越性。

Claims

1.一种三频带频率选择表面，由周期性排列的结构单元构成，所述结构单元包括介质基板、导电带和缝隙，其特征在于，所述导电带和缝隙具有旋转对称性，介质基板两面的导电带和缝隙具有相同的旋转对称中心和旋转角度，所述结构单元构成的频率选择表面在频率为2515～2675MHz、3400～3600MHz和4800～4900MHz处其微波透射曲线具有最小值。

2.根据权利要求1所述的一种三频带频率选择表面，其特征在于，所述频率选择表面在频率接近2595MHz、3500MHz和4850MHz处其微波透射曲线具有最小值。

3.根据权利要求1所述的一种三频带频率选择表面，其特征在于，所述频率选择表面由双面印刷电路板加工制成。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种三频带频率选择表面，其特征在于，所述旋转角度为90°。

5.根据权利要求4所述的一种三频带频率选择表面，其特征在于，所述导电带和缝隙构成4个形状相同配置方向不同的基本单元，该4个基本单元以O为中心分布在4个象限，O点即为旋转对称中心。

6.根据权利要求5所述的一种三频带频率选择表面，其特征在于，所述导电带包括回转线导电带。

7.根据权利要求6所述的一种三频带频率选择表面，其特征在于，所述回转线导电带为矩形回转线导电带。

8.根据权利要求6所述的一种三频带频率选择表面，其特征在于，介质基板背面的部分或全部导电带分布位置与介质基板正面的缝隙位置对应。

9.根据权利要求6所述的一种三频带频率选择表面，其特征在于，介质基板背面的部分或全部缝隙分布位置与介质基板正面的导电带位置对应。