CN113241527B - 一种双频点单独可调fss - Google Patents

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Abstract

本发明公开了FSS单元、双频点单独可调，FSS单元包括方形板材，方形板材上构建处于中心位置的十字形交叉结构与沿圆周方向均布于四周的四个外围音叉形结构，每个外围音叉对应十字形交叉结构的一条走线；单个外围音叉形结构自内向外由一个U字形结构和一个T形结构构成，十字形交叉结构的走线末端正对U字形结构的内弧形，U字形结构与十字交叉结构之间的板材部分以十字交叉结构的线宽为基准被镂空；与U字形结构的内弧形相对的外壁连接T形结构的中线端头，T形结构的中线与十字形交叉结构的走线处于同一直接上，十字形交叉结构的走线垂直于方形板材的边沿。本发明具有良好的角度稳定性、Q值和透射系数，保证了对谐振频率点附近信号的准确选择性。

Description

一种双频点单独可调FSS
技术领域
本发明属于无线通讯接收技术领域，具体涉及一种基于有源器件的双频带带通型谐振点单独可调的空间频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)结构。
背景技术
自麦克斯韦由公式预言电磁波的存在以来，电磁波频谱这一有限资源在人类生活中的重要性正在逐步提升。由于电磁波频谱本身的有限性，以及空间中不同频段戴电磁波的相互叠加，在利用电磁波传输信号的过程中，产生了一系列对不同频率的电磁波的屏蔽、选择、接收等工程需求。FSS正是解决这些工程需求的一种重要途径。自被提出以来，FSS被广泛的应用于隐身技术、雷达罩、天线主面、卡塞哥伦天线副反射面等技术领域中。
随着无线通讯的高速发展，为了满足多样化的需求，空间中的电磁波频谱也变得更加复杂，这也对FSS频率选择功能提出了更高的要求。近年来，谐振频率点可调的频率选择表面(Tunable Frequency Selective Surface,TFSS)的出现为多频段的无线通讯及其集成化提供了基础。TFSS主要分为三种：磁控制TFSS(Magnetically Tunable FrequencySelective Surface)、电控制TFSS(Electronically Tunable Frequency SelectiveSurface)、机械控制TFSS (Mechanically Tunable Frequency Selective Surface)。
其中，电控制TFSS主要是采用变容二极管等有源器件对电路等效模型的参数进行调节，从而产生对谐振频率点进行调节的效果。相较于其他两种TFSS，电控制TFSS拥有更好的响应速率。然而，当前所提出的电控制TFSS中，少有对两个及以上的通带谐振频率点进行单独调节的设计被提出。
针对上述工程需求，本发明提出一种基于有源器件的双频带带通型谐振点单独可调的 FSS结构，通过双频点的单独可调大大提升FSS对不同频率电磁波的响应这一工程需求的集成度和解决效率。
发明内容
本发明的目的主要是针对现有技术的不足，提出了一种高Q值、低能量损耗、高角度稳定性的双频带带通型谐振点单独可调的FSS结构。
为达到上述目的，本发明按以下技术方案实现：
一种FSS单元，其包括方形板材，方形板材上构建处于中心位置的十字形交叉结构与沿圆周方向均布于四周的四个外围音叉形结构，每个外围音叉对应十字形交叉结构的一条走线；单个外围音叉形结构自内向外由一个U字形结构和一个T形结构构成，十字形交叉结构的走线末端正对U字形结构的内弧形，U字形结构与十字交叉结构之间的板材部分以十字交叉结构的线宽为基准被镂空；与U字形结构的内弧形相对的外壁连接T形结构的中线端头，T形结构的中线与十字形交叉结构的走线处于同一直接上，十字形交叉结构的走线垂直于方形板材的边沿。
优选的，所述方形板材的四条边中部分别形成一个长方体镂空部。
优选的，所述长方体镂空部的短边引出与短边长度一致线宽的布线，该布线与从其它长方体镂空部短边引出的布线相连，形成等电位区域。
优选的，所述十字形交叉结构的四个走线末端呈弧形状。
优选的，所述十字形交叉结构走线末端与U字形结构的内弧形之间设有变容二极管。
优选的，所述方形板材的介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009。
本发明还公开了一种双频点单独可调FSS，其由两种不同谐振频率点的如上述的FSS单元构成，FSS单元采用斜对角同型的排布方式。
本发明与现有技术相比，具有如下特点：
本发明FSS结构相比于现有FSS结构，实现了带通型双频点可调的功能，有助于无线通讯设备的进一步集成；其具有良好的角度稳定性、Q值和透射系数，保证了对谐振频率点附近信号的准确选择性。
附图说明
图1是本发明结构基本单元的结构以及参数标注图；
图2是本发明结构基本单元的排列方式示意图；
图3是本发明在不同电容条件下所实现的透射系数表现曲线图；
图4是本发明在不同入射角度时出现的频率响应图。
具体实施方式
下面将结合附图具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本实施例涉及一种FSS单元，本实施例基本FSS单元被构建于 12mm*12mm*1mm的罗吉斯RT/druoid 5880型方形板材上，板材的介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009。
FSS单元包括处于中心位置的十字形交叉结构1与沿圆周方向均布于四周的四个外围音叉形结构2，十字形交叉结构的四个走线末端1-1为与其线宽相对应的圆弧形状。
每个外围音叉对应十字形交叉结构的一条走线。单个外围音叉形结构自内向外由一个U 字形结构2-1和一个T形结构2-2构成，十字形交叉结构的走线末端1-1正对U字形结构2-1 的内弧形，U字形结构与十字交叉结构之间的基板部分3以十字交叉结构的线宽为基准被镂空。与U字形结构的内弧形相对的外壁连接T形结构的中线端头2-2-1，T形结构的中线与十字形交叉结构的走线处于同一直接上。十字形交叉结构的直线垂直于方形板材的边沿。
采用变容二极管对谐振点造成偏移，变容二极管置于十字形结构走线末端与U字形结构的内层之间。
基本FSS单元的四条边中部分别形成一个长方体镂空4，此长方体镂空结构作为隔离。可以通过打孔、刻蚀基板等途径实现，并以此实现相邻FSS单元之间的隔离。该镂空的长方体结构内壁镀有金属，以形成参考地。
如图2所示，本实施例一种基于有源器件的双频点单独可调FSS，由两种工作在不同谐振频率点的FSS单元构成，为了叙述的方便，以下称谐振频率点在L频段的基本FSS单元为第一类单元A，谐振频率点在S频段的基本FSS单元为第二类单元B。
基本FSS单元采用斜对角同型的排布方式，不同类型的FSS单元均匀分布于FSS结构上，具有良好的中心对称性。
FSS单元镂空的矩形隔离结构中，其短边引出与短边长度一致线宽的布线与从其他矩形隔离结构短边引出的线相连，形成等电位区域。如图1所示为本发明结构基本单元参数标注图，其基本单元周围四边均存在长度为d/2、宽度适中的矩形缺口，缺口内镀导体金属。布线从矩形缺口的窄边处引出形成等电位区域，用以提供电位差。基本单元内部布线结构由中心的十字型交叉结构布线和外围的U字形结构以及T字形结构组成。上述结构关于基本单元可以由一个方向上的结构以中心为轴每次旋转90度旋转3次得到，故选取图中竖直方向上半部分进行详细的结构描述：在图1的参数标注中，d代表基本单元的边长，b为U字形结构相对于中轴突出部分的宽度，a为U字形结构在竖直方向的长度，s为十字结构与U形结构内侧平行边之间的间距，w为此结构布线所用线宽，c为单元中U字形结构的上边和与之对应的过渡结构所引出的布线之间的距离。通过优化得到各参数的数值，如表1所示：
表1
Figure GDA0003620643660000031
Figure GDA0003620643660000041
如图2所示为本发明结构基本单元的排列方式示意图，第一类基本单元与第二类基本单元邻边以隔离结构为过渡产生接触，同种类的基本单元依照对角线排列。实际FSS结构以图 2所示结构为单位，向外进行周期延拓。
如图3所示为本发明在不同电容条件下所实现的透射系数表现结果图，该结果由ANSYS 软件仿真得到。图中，C1表示安装于第一类基本单元上的变容二极管容值，C2表示安装于第二类基本单元上变容二极管的容值，当C1或C2单独变化的时候，另一个谐振点表现为良好的稳定性。具体的C1、C2取值如表2所示：
表2
C1 C2
0.30pF 1.8pF
0.42pF 2.0pF
0.54pF 2.2Pf
0.66pF 2.4pF
如图4所示为本发明结构在C1＝0.45pF,C2＝1.8pF条件下不同入射角度造成的频率响应图。可以看到，在不同入射角度的条件下，FSS结构的频率响应几乎没有偏移，表现出极强的角度稳定性。
本发明基于有源器件的双频点单独可调FSS，采用有源器件对谐振频率点造成偏移，相邻FSS单元之间以矩形隔离结构为过渡接触，同类型FSS单元之间斜对角排布。本发明能够在一定范围内进行FSS结构谐振频率点的单独可调，且拥有良好的角度稳定性和透射系数表现。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双频点单独可调FSS，其特征是由两种不同谐振频率点的FSS单元构成，由一个FSS单元的结构以中心为轴每次旋转90度旋转3次得到；谐振频率点在L频段的FSS单元为第一类单元，谐振频率点在S频段的FSS单元为第二类单元；第一类单元与第二类单元采用斜对角同型的排布方式排布；
所述的FSS单元包括方形板材，方形板材上构建处于中心位置的十字形交叉结构与沿圆周方向均布于四周的四个外围音叉形结构，每个外围音叉对应十字形交叉结构的一条走线；单个外围音叉形结构自内向外由一个U字形结构和一个T形结构构成，十字形交叉结构的走线末端正对U字形结构的内弧形，U字形结构与十字交叉结构之间的板材部分以十字交叉结构的线宽为基准被镂空；与U字形结构的内弧形相对的外壁连接T形结构的中线端头，T形结构的中线与十字形交叉结构的走线处于同一直接上，十字形交叉结构的走线垂直于方形板材的边沿；
所述方形板材的四条边中部分别形成一个长方体镂空部；
所述长方体镂空部的短边引出与短边长度一致线宽的布线，该布线与从其它长方体镂空部短边引出的布线相连，形成等电位区域；
所述十字形交叉结构走线末端与U字形结构的内弧形之间设有变容二极管；
第一类单元上的变容二极管与第二类单元上的变容二极管的容值不同。
2.根据权利要求1所述的双频点单独可调FSS，其特征是，所述十字形交叉结构的四个走线末端呈弧形状。
3.根据权利要求1或2所述的双频点单独可调FSS，其特征是，所述方形板材的介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009。
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