CN113471712A - 一种基于超表面结构的带宽可调角域滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，包括第一超表面平板、第二超表面平板、第三超表面平板、第四超表面平板、固定支架、升降滑套、用于超表面平板定位安装的十六个固定螺丝钉与用于超表面平板调节间距的十六个调距螺丝钉，四种超表面平板分别由印制在介质基片上的第一、第二、第三及第四超表面结构单元平行紧贴排列而成，通过十六个固定螺丝钉将第一超表面平板、第二超表面平板、第三超表面平板、第四超表面平板固定在升降滑套上，通过十六个调距螺丝钉将升降滑套锁定在固定支架上。本发明可以实现对不同入射角度电磁波的空间选频功能，同时滤波带宽可调，满足不同频率、不同滤波带宽的性能需求，因此其适用场合广泛。
Description
技术领域
本发明属于微波毫米波天线技术领域，涉及一种基于超表面结构的带宽可调角域滤波器。
背景技术
频率选择表面(FSS)是一种由亚波长尺寸的金属结构单元在二维平面内按照一定周期排列组合而成的电磁结构，也被称之为“超表面”。当电磁波照射到频率选择表面时，其对特定频域的电磁波表现为透射特性，而对特定频域外的电磁波表现为反射特性。将不同结构类型的频率选择表面单元进行组合排列和多层排列后，可以得到特定的选频滤波特性。由于频率选择表面具有低剖面、低成本、重量轻的特点，其在军事、通信领域常被应用于降低天线RCS、通信天线宽带隐身等方面。但在科学界以及工业界，对此类滤波器的研究大多数仅关注其频域特性，而对其在不同入射角的响应特性，既角域特性的研究却很少被提及。
为了利用频率选择表面的滤波特性，中国专利公开了一种频率响应稳定的频率选择表面(专利号：201710349144.1，申请日2017.05.17)，通过在旋转排布的旗面状介质板上设计特殊的周期排列贴片单元，实现了一种小型化、低成本的频率选择表面。但是该设计对不同入射角度的电磁波信号响应不敏感，未能利用其角域响应特性，并且只对固定频域具有选频滤波特性，不具备选频频域可调功能，导致其应用场景受限。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，实现了对不同入射角度电磁波的空间选频功能与滤波带宽可调功能，同时实现其结构的集成化、轻量化和低成本化。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，包括第一超表面平板、第二超表面平板、第三超表面平板、第四超表面平板、固定支架、升降滑套、用于超表面平板定位安装的十六个固定螺丝钉与用于超表面平板调节间距的十六个调距螺丝钉，其特征在于：所述第一超表面平板由印制在第一介质基片上的第一超表面结构单元平行紧贴排列而成；所述第二超表面平板由印制在第二介质基片上的第二超表面结构单元平行紧贴排列而成；所述第三超表面平板由印制在第三介质基片上第三超表面结构单元平行紧贴排列而成；所述第四超表面平板由印制在第四介质基片上第四超表面结构单元平行紧贴排列而成；第一至第四超表面平板依次垂直排列；四种超表面结构单元的具体个数与排列循序由超表面平板的尺寸情况而定；在第一超表面平板四角均钻有四个定位固定用的通孔，在第二超表面平板四角均钻有四个定位固定用的通孔，在第三超表面平板四角均钻有四个定位固定用的通孔，在第四超表面平板四角均钻有四个定位固定用的通孔，在固定支架上套有升降滑套，在升降滑套上钻有十六个固定通孔与十六个调距通孔；所述十六个固定螺丝钉、十六个调距螺丝钉的螺纹直径与第一超表面平板定位固定用的通孔直径、第二超表面平板定位固定用的通孔直径、第三超表面平板定位固定用的通孔直径、第四超表面平板定位固定用的通孔直径、升降滑套的固定通孔直径以及升降滑套的调距通孔直径相同，通过十六个固定螺丝钉将第一超表面平板、第二超表面平板、第三超表面平板、第四超表面平板固定在升降滑套上，通过十六个调距螺丝钉将升降滑套锁定在固定支架上。
进一步地，所述的第一介质基片、第二介质基片、第三介质基片、第四介质基片的厚度均为1.2mm。
进一步地，所述第一超表面结构单元由印制在第一介质基片正反两面的双层矩形金属贴片构成；所述第二超表面结构单元由印制在第二介质基片正反两面的双层矩形金属贴片构成；所述第三超表面结构单元由印制在第三介质基片正反两面的双层矩形金属贴片构成；所述第四超表面结构单元由印制在第四介质基片正反两面的双层矩形金属贴片构成；所述第一超表面结构单元、第二超表面结构单元、第三超表面结构单元以及第四超表面结构单元其整个单元边界均成正方形。
进一步地，所述的第一超表面结构单元、第二超表面结构单元、第三超表面结构单元以及第四超表面结构单元其整个单元边界均成正方形，正方形的边长为3mm。
进一步地，所述固定支架上套有升降滑套，在升降滑套上钻有十六个固定通孔与十六个调距通孔，当十六个调距螺丝钉未拧紧时，升降滑套可以在固定支架上自由滑动；将十六个调距螺丝钉通过十六个调距通孔拧紧锁定后，每组升降滑套的位置被锁定。
进一步地，所述第一超表面平板、第二超表面平板、第三超表面平板、第四超表面平板外边框尺寸均相同，不超过固定支架外边框尺寸。
进一步地，所述第一超表面平板、第二超表面平板、第三超表面平板、第四超表面平板外边框尺寸均相同，均为150mm×150mm。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用的四种超表面平板均由双层平面介质基板分别印制四种不同超表面结构单元并按照一定规律平行紧贴排列而成，具有设计简单、成本低、制备周期短、重量轻等优点；同时，因为采用了四种不同超材料结构单元的组合排列，以及特定的空间排列，可以实现对不同入射角度电磁波的空间选频功能。
(2)本发明通过人工移动升降滑套的位置来改变各超表面平板的间距，继而可以改变角域滤波带宽，满足不同频率、不同滤波带宽的性能需求。将超表面平板固定在升降滑套上，其结构拆卸方便，容易更换维修，可通过更换不同结构的支架来适应不同的部署环境，应用推广便捷、成本低，且整体结构具有高集成化优点。
(3)本发明可以通过更换不同结构尺寸的超表面平板或不同结构的超表面单元来轻松实现不同频率、不同角度范围的角域滤波功能，因此其适用场合广泛。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的基于超表面结构的带宽可调角域滤波器总体结构展开示意图。
图2是本发明所采用的超表面平板正视图。
具体实施方式
如图1的总体结构展开示意图所示，一种基于超表面结构的带宽可调角域滤波器包括第一超表面平板1、第二超表面平板2、第三超表面平板3、第四超表面平板4、固定支架5、升降滑套6、用于超表面平板定位安装的十六个固定螺丝钉7与用于超表面平板调节间距的十六个调距螺丝钉8。所述第一超表面平板1由印制在厚度为1.2mm的TP-TAN介质基片10两面的5000个第一超表面结构单元11平行紧贴排列而成，在第一超表面平板1的四角钻有四个定位固定用的通孔12；所述第二超表面平板2由印制在厚度为1.2mm的TP-TAN介质基片20两面的5000个第二超表面结构单元21平行紧贴排列而成，在第二超表面平板2的四角钻有四个定位固定用的通孔22；所述第三超表面平板3由印制在厚度为1.2mm的TP-TAN介质基片30两面的5000个第二超表面结构单元31平行紧贴排列而成，在第二超表面平板2的四角钻有四个定位固定用的通孔32；所述第三超表面平板3由印制在厚度为1.2mm的TP-TAN介质基片40两面的5000个第二超表面结构单元41平行紧贴排列而成，在第二超表面平板2的四角钻有四个定位固定用的通孔42；十六个固定螺丝钉7、十六个调距螺丝钉8的螺纹直径与第一超表面平板1定位固定用的通孔12直径、第二超表面平板定2位固定用的通孔22直径、第三超表面平板3定位固定用的通孔32直径、第四超表面平板4定位固定用的通孔42直径、升降滑套的固定通孔60直径以及升降滑套的调距通孔61直径相同均为2mm；通过十六个固定螺丝钉7将第一超表面平板1、第二超表面平板2、第三超表面平板3、第四超表面平板4固定在升降滑套6上，通过十六个调距螺丝钉8将升降滑套锁定在固定支架5上。
如图2的超表面平板正视图所示，所述5000个第一超表面结构单元11由印制在介质基片10正反两面的双层矩形金属贴片构成，每个结构单元的矩形金属贴片尺寸根据位置不同略有调整；所述5000个第二超表面结构单元21由印制在介质基片20正反两面的双层矩形金属贴片构成，每个结构单元的矩形金属贴片尺寸根据位置不同略有调整；所述5000个第三超表面结构单元31由印制在介质基片30正反两面的双层矩形金属贴片构成，每个结构单元的矩形金属贴片尺寸根据位置不同略有调整；所述5000个第四超表面结构单元41由印制在介质基片40正反两面的双层矩形金属贴片构成，每个结构单元的矩形金属贴片尺寸根据位置不同略有调整；所述第一超表面结构单元11、第二超表面结构单元21、第三超表面结构单元31以及第四超表面结构单元41虽然其矩形金属贴片尺寸各不相同，但是其整个单元边界尺寸均成正方形，且具有相同的3mm边长。
所述固定支架5上套有升降滑套6，在升降滑套6上钻有十六个固定通孔60与十六个调距通孔61，当十六个调距螺丝钉8未拧紧时，升降滑套6可以在固定支架5上自由滑动；将十六个调距螺丝钉8通过十六个调距通孔61拧紧锁定后，每组升降滑套6的位置被锁定。
所述第一超表面平板1、第二超表面平板2、第三超表面平板3及第四超表面平板4的外边框尺寸均相同，均为150mm×150mm，不超过固定支架外边框尺寸。
本发明的基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，具有以下有益效果：
(1)本发明所采用的四种超表面平板均由双层平面介质基板分别印制四种不同超表面结构单元并按照一定规律平行紧贴排列而成，具有设计简单、成本低、制备周期短、重量轻等优点；同时，因为采用了四种不同超材料结构单元的组合排列，以及特定的空间排列，可以实现对不同入射角度电磁波的空间选频功能。
(2)本发明通过人工移动升降滑套的位置来改变各超表面平板的间距，继而可以改变角域滤波带宽，满足不同频率、不同滤波带宽的性能需求。将超表面平板固定在升降滑套上，其结构拆卸方便，容易更换维修，可通过更换不同结构的支架来适应不同的部署环境，应用推广便捷、成本低，且整体结构具有高集成化优点。
(3)本发明可以通过更换不同结构尺寸的超表面平板或不同结构的超表面单元来轻松实现不同频率、不同角度范围的角域滤波功能，因此其适用场合广泛。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，包括第一超表面平板(1)、第二超表面平板(2)、第三超表面平板(3)、第四超表面平板(4)、固定支架(5)、升降滑套(6)、用于超表面平板定位安装的十六个固定螺丝钉(7)与用于超表面平板调节间距的十六个调距螺丝钉(8)，其特征在于：所述第一超表面平板(1)由印制在第一介质基片(10)上的第一超表面结构单元(11)平行紧贴排列而成；所述第二超表面平板(2)由印制在第二介质基片(20)上的第二超表面结构单元(21)平行紧贴排列而成；所述第三超表面平板(3)由印制在第三介质基片(30)上第三超表面结构单元(31)平行紧贴排列而成；所述第四超表面平板(4)由印制在第四介质基片(40)上第四超表面结构单元(41)平行紧贴排列而成；第一至第四超表面平板依次垂直排列；四种超表面结构单元的具体个数与排列循序由超表面平板的尺寸情况而定；在第一超表面平板(1)四角均钻有四个定位固定用的通孔(12)，在第二超表面平板(2)四角均钻有四个定位固定用的通孔(22)，在第三超表面平板(3)四角均钻有四个定位固定用的通孔(32)，在第四超表面平板(4)四角均钻有四个定位固定用的通孔(42)，在固定支架(5)上套有升降滑套(6)，在升降滑套(6)上钻有十六个固定通孔(60)与十六个调距通孔(61)；所述十六个固定螺丝钉(7)、十六个调距螺丝钉(8)的螺纹直径与第一超表面平板定位固定用的通孔(12)直径、第二超表面平板定位固定用的通孔(22)直径、第三超表面平板定位固定用的通孔(32)直径、第四超表面平板定位固定用的通孔(42)直径、升降滑套的固定通孔(60)直径以及升降滑套的调距通孔(61)直径相同，通过十六个固定螺丝钉(7)将第一超表面平板(1)、第二超表面平板(2)、第三超表面平板(3)、第四超表面平板(4)固定在升降滑套(6)上，通过十六个调距螺丝钉(8)将升降滑套锁定在固定支架(5)上。
2.根据权利要求1所述的基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，其特征在于：所述的第一介质基片(10)、第二介质基片(20)、第三介质基片(30)、第四介质基片(40)的厚度均为1.2mm。
3.根据权利要求1所述的基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，其特征在于：所述的第一超表面结构单元(11)由印制在第一介质基片(10)正反两面的双层矩形金属贴片构成；所述第二超表面结构单元(21)由印制在第二介质基片(20)正反两面的双层矩形金属贴片构成；所述第三超表面结构单元(31)由印制在第三介质基片(30)正反两面的双层矩形金属贴片构成；所述第四超表面结构单元(41)由印制在第四介质基片(40)正反两面的双层矩形金属贴片构成；所述第一超表面结构单元(11)、第二超表面结构单元(21)、第三超表面结构单元(31)以及第四超表面结构单元(41)其整个单元边界均成正方形。
4.根据权利要求3所述的基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，其特征在于：所述的第一超表面结构单元(11)、第二超表面结构单元(21)、第三超表面结构单元(31)以及第四超表面结构单元(41)其整个单元边界均成正方形，正方形的边长为3mm。
5.根据权利要求1所述的基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，其特征在于：所述固定支架(5)上套有升降滑套(6)，在升降滑套(6)上钻有十六个固定通孔(60)与十六个调距通孔(61)，当十六个调距螺丝钉(8)未拧紧时，升降滑套(6)可以在固定支架(5)上自由滑动；将十六个调距螺丝钉(8)通过十六个调距通孔(61)拧紧锁定后，每组升降滑套(6)的位置被锁定。
6.根据权利要求1所述的基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，其特征在于：所述第一超表面平板(1)、第二超表面平板(2)、第三超表面平板(3)、第四超表面平板(4)外边框尺寸均相同，不超过固定支架外边框尺寸。
7.根据权利要求6所述的基于超表面结构的带宽可调角域滤波器，其特征在于：所述第一超表面平板(1)、第二超表面平板(2)、第三超表面平板(3)、第四超表面平板(4)外边框尺寸均相同，均为150mm×150mm。
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