CN115173076B - 一种低剖面超带宽滤波结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电磁超材料领域，具体涉及一种低剖面超带宽滤波结构；该结构包括：低剖面超带宽滤波结构由多个周期单元结构组成，多个周期单元结构以M×N的方式排列；所述周期单元结构包括金属结构层、上介质层、金属框层、下介质层和接地层；金属结构层设置在上介质层上，且金属结构层正中心刻蚀有十字缝隙，金属框层设置在上层介质层和下层介质层之间，接地层设置在下层介质层下方；本发明过对垂直入射波和宽入射角入射波的滤波效果好，实用性高。
Description
技术领域
本发明属于电磁超材料领域，具体涉及一种低剖面超带宽滤波结构。
背景技术
超材料是指一类具有自然界中未存在的特殊性质的人造材料。它们能够使光、电磁波等的性质发生改变，而这样的效果是天然材料所达不到的。超材料的特殊性质是基于其独特的排列方式和几何结构，通过摆放不同的几何阵列来达到不同的效果。在电磁超材料领域，因其良好的电磁特性，使得其广泛应用于通信、探测等方面，其中低剖面滤波反射体因其作为超材料在滤波领域具有重要应用而得到了广泛的关注。
超宽带(Ultra Wideband)是一种新型无线通信技术，在极短的时间内对冲击脉冲进行调制，利用非正弦窄脉冲传输数据。该技术具有抗干扰性能强、传输速率高、宽带极宽、系统容量大、发射功率低、保密性好等特点，因此使用超宽带信号能够弥补基站信号的盲区。
随着通信网络的飞速发展，各领域对通信的需求日益增加。通信基站在一些场景中无法实现用户的全面覆盖，例如，由于建筑物密集、遮挡，一些地下车库存在信号盲区；而在一些偏远地区，由于成本因素，基站无法全面建设，导致信号无法全面覆盖。目前已研究出的解决信号补盲的办法多采用主动式信号放大器，这些方法存在一些高耗能、不易携带、需要电源供应等问题。
综上所述，亟需一种可应用于通信领域进行信号补盲的低剖面超宽带滤波结构。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种低剖面超带宽滤波结构，该方法包括：低剖面超带宽滤波结构由多个周期单元结构组成，多个周期单元结构以M×N的方式排列，M、N为整数；所述周期单元结构包括金属结构层、上介质层、金属框层、下介质层和接地层；金属结构层设置在上介质层上，且金属结构层正中心刻蚀有十字缝隙，金属框层设置在上层介质层和下层介质层之间，接地层设置在下层介质层下方。
优选的，金属结构层为正方形金属贴片，其边长为20.6mm，厚度为0.035mm。
优选的，十字缝隙的横长和横宽分别为10.6mm和0.6mm；十字缝隙的纵长和纵宽分别为10.6mm和0.6mm。
优选的，金属框层为正方形框，其外框边长和内框边长分别为25.0mm和18.6mm。
优选的，金属框层的厚度为0.035mm。
优选的，上介质层和下介质层均为正方形，其边长和厚度均相等，边长为3.5mm、厚度为25.0mm。
优选的，接地层的厚度和边长分别为0.035mm和20.6mm。
优选的，上介质层和下介质层均为F4B介质，介电常数为ε＝2.2，损耗角正切为0.001。
优选的，金属结构层、金属框层和接地层的材料均为铜。
本发明的有益效果为：本发明过滤效果好，可在2.4Ghz～2.6Ghz和3.40Ghz～3.67Ghz频率范围内对垂直入射波实现完美过滤，过滤效果最高可以达到99.9％；可在2.4Ghz～2.6Ghz和3.40Ghz～3.67Ghz频率范围内实现宽入射角滤波；相比现有技术，本发明结构简单成本低，具有双通道特性，可以选择性反射与三大运营商：中国移动，中国电信，中国联通当前5G通信相同频率的信号，对其他频率信号不会产生影响，以此来进行5G信号补盲，帮助信号绕过障碍，传送到用户的手机中。
附图说明
图1为本发明中周期单元结构的三维结构示意图；
图2为本发明中周期单元结构的侧视图；
图3为本发明中周期单元结构的主视图；
图4为本发明中4x4个周期单元结构组成的低剖面超宽带滤波结构的结构示意图；
图5为本发明中周期单元结构的S11参数图；
图6为本发明中4x4个周期单元结构组成的低剖面超宽带滤波结构的S11参数图；
图中：1、金属结构层；2、上介质层；3、金属框层；4、下介质层；5、接地层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种低剖面超带宽滤波结构，如图1、图2、图3所示，所述低剖面超带宽滤波结构包括：低剖面超带宽滤波结构由多个周期单元结构组成，多个周期单元结构以M×N的方式排列，M、N为整数；所述周期单元结构包括金属结构层1、上介质层2、金属框层3、下介质层4和接地层5；金属结构层1设置在上介质层2上，且金属结构层1正中心刻蚀有十字缝隙，金属框层3设置在上层介质层2和下层介质层4之间，接地层5设置在下层介质层4下方。优选的，如图4所示，低剖面超带宽滤波结构由4x4个周期单元结构组成。
在本发明的一些实施例中，金属结构层1为正方形金属贴片，其边长为W1＝20.6mm，厚度为H1＝0.035mm。
十字缝隙的横长和横宽分别为L2＝10.6mm和W2＝0.6mm；十字缝隙的纵长和纵宽分别为L3＝10.6mm和W3＝0.6mm；十字缝隙的横条与金属结构层边缘平行。
金属框层3为正方形框，其外框边长和内框边长分别为L5＝25.0mm和L6＝18.6mm。
金属框层3的厚度为H3＝0.035mm。
上介质层2和下介质层4均为正方形，其边长和厚度均相等，边长为L4＝3.5mm、厚度为L7＝25.0mm。
接地层5的厚度和边长分别为H5＝0.035mm和L8＝20.6mm。
上介质层2和下介质层4均为F4B介质，介电常数为ε＝2.2，损耗角正切为0.001。
在本发明的另一些实施例中，本发明的结构的相关尺寸可为上述实施例中尺寸的整体放大。
对本发明进行评价，从滤波效果来看，低剖面超带宽滤波结构通过CST进行仿真得到S11参数(输入回波损耗)与频率的关系图如图5所示，从图5可以看出，周期单元结构可在2.4Ghz～2.6Ghz和3.40Ghz～3.67Ghz频率范围内对垂直入射波实现完美过滤，过滤效果最高可以达到99.9％；4x4个周期单元结构组成的低剖面超宽带滤波结构的S11参数图如图6所示，从图6可以看出，4x4个周期单元结构组成的低剖面超宽带滤波结构同样可在2.4Ghz～2.6Ghz和3.40Ghz～3.67Ghz频率范围内实现宽入射角滤波，综上，本发明过对垂直入射波和宽入射角入射波的滤波效果好，实用性高。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，包括：低剖面超带宽滤波结构由多个周期单元结构组成，多个周期单元结构以M×N的方式排列，M、N为整数；所述周期单元结构包括金属结构层、上介质层、金属框层、下介质层和接地层；金属结构层设置在上介质层上，且金属结构层正中心刻蚀有十字缝隙，金属框层设置在上层介质层和下层介质层之间，接地层设置在下层介质层下方。
2.根据权利要求1所述的一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，金属结构层为正方形金属贴片，其边长为20.6mm，厚度为0.035mm。
3.根据权利要求1所述的一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，十字缝隙的横长和横宽分别为10.6mm和0.6mm；十字缝隙的纵长和纵宽分别为10.6mm和0.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，金属框层为正方形框，其外框边长和内框边长分别为25.0mm和18.6mm。
5.根据权利要求1所述的一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，金属框层的厚度为0.035mm。
6.根据权利要求1所述的一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，上介质层和下介质层均为正方形，其边长和厚度均相等，边长为3.5mm、厚度为25.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，接地层的厚度和边长分别为0.035mm和20.6mm。
8.根据权利要求1所述的一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，上介质层和下介质层均为F4B介质，介电常数为ε＝2.2，损耗角正切为0.001。
9.根据权利要求1所述的一种低剖面超带宽滤波结构，其特征在于，金属结构层、金属框层和接地层的材料均为铜。
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