CN206962022U - Ka、W波段双频双线极化频率选择表面 - Google Patents
Ka、W波段双频双线极化频率选择表面 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，包括：介质板，设置于介质板上的六边形环状频率选择表面,六边形环状频率选择表面为六边形环的每一条边向内曲折一次形成的一阶曲折型六边环。本实用新型提供一种Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，结构实现了在35GHz全透射，在94GHz全反射，并且具有斜入射不敏感，双线极化稳定性良好的特性；解决了W波段FSS作为天线副反射面的空缺。
Description
技术领域
本专利涉及一种频率选择表面结构，特别是一种应用于卡塞格伦天线副反射面的双频段双线极化的曲折六边形环状频率选择表面结构。
背景技术
频率选择表面是由谐振单元按照一定的规律排列成的周期性二维平面结构，其本身不具有吸收电磁波的能力，但是起到滤波的作用，本质是一个空间滤波器，对电磁波具有频率选择和极化选择特性，能够有效的控制电磁波的传输和反射。频率选择表面有很多种类型，主要分为贴片型和开槽型两种。贴片型是在介质表面周期性的印上规则的导体贴片单元组成金属阵列；而开槽类型是在金属板上周期性的开一些金属单元的槽孔，这两种类型分别表现出全反射(贴片型)、全透射(开槽型)，他们也分别被称为带阻型FSS或带通型FSS。对FSS研究的发展历程经历了从光栅现象中发现其原理到对周期性结构进行电磁透性实验，直到近几十年出现的可以在计算机上建立出准确的FSS(频率选择表面)物理模型并且进行精确的数值分析，在计算机水平的不断发展以及印刷电路技术的快速提升的基础上，如今已经可以实现对FSS系统进行的深入完善的分析与研究。
现有设计的FSS用作天线反射面的频段主要集中在35GHz以下的低频段，用于W波段的FSS少之又少。而在毫米波波段里,35GHz和94GHz这两个中心频率处传播衰减较小，是毫米波雷达系统中最常用的两个窗口频段。市场需要一个能在35GHz处透射，94GHz处反射的双频段双线极化FSS用于卡塞格伦天线的副反射面，从而降低了天线开发成本,提高了天线的利用率。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，结构实现了在35GHz全透射，在94GHz全反射，并且具有斜入射不敏感，双线极化稳定性良好的特性；解决了W波段FSS作为天线副反射面的空缺。
为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：
Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，包括：介质板，设置于介质板上的六边形环状频率选择表面,六边形环状频率选择表面为六边形环的每一条边向内曲折一次形成的一阶曲折型六边环。
前述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，介质层的厚度为0.381mm。
前述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，介质层为Rogers5880高频介质板。
前述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，六边形环状频率选择表面的厚度为0.035mm。
前述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，六边形环状频率选择表面采用的材质为铜。
前述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，六边形环边长为1.06mm。
前述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，单元周期长度为1.27mm。
本实用新型的有益之处在于：本实用新型提供一种Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，结构实现了在35GHz全透射，在94GHz全反射，并且具有斜入射不敏感，双线极化稳定性良好的特性；解决了W波段FSS作为天线副反射面的空缺；本设计采用介质板一侧加载FSS结构，加工成本低，同时大大减少了加工误差；采用单元斜栅格排列，使结构更加紧凑，降低了珊瓣产生几率；六边形环状FSS结构对称，能够实现30°的斜入射角不敏感，并且具有良好的双线极化稳定性；与现有的FSS结构相比，本设计增添了W频段，实现了天线35GHz和94GHz的分频复用。
附图说明
图1为本实用新型用作卡塞格伦天线副反射面的原理图；
图2为本实用新型一种实施例的正视图；
图3为本实用新型一种实施例的主视图；
图4为本实用新型电磁波垂直入射时的水平极化、垂直极化的反射系数和透射系数的线型图；
图5为本实用新型Ka波段0°到30°不同斜入射下不同极化的反射系数和透射系数的线型图；
图6为本实用新型W波段0°到30°斜入射下不同极化的反射系数和透射系数的线型图；
图中附图标记的含义：
1六边形环状频率选择表面，2介质板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。
Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，包括：介质板2，设置于介质板2上的六边形环状频率选择表面1,六边形环状频率选择表面1为六边形环的每一条边向内曲折一次形成的一阶曲折型六边环。如图1所示，FSS放置在抛物面的焦点处，左侧的W波段照射到FSS后全反射，右侧的Ka波段照射到FSS后全透射。
需要说明是：介质层的厚度为0.381mm；介质层为Rogers5880高频介质板2。六边形环状频率选择表面1的厚度为0.035mm；六边形环状频率选择表面1采用的材质为铜。
开槽型FSS结构可以等效成LC并联电路，通过调节单元周期长度和六边形边长进行参数优化。六边环的边长分别取1mm、1.1mm、1.2mm，谐振频率点1(35GHz)向左偏移，随着周期长度的增大而减小，谐振点2(94GHz)略向左偏移，优化后的边长取值为1.06mm。周期边长分别取1.1mm、1.2mm、1.3mm，谐振频率点1(35GHz)向右偏移，随着周期长度的增大而增大，谐振点2(94GHz)基本不变，优化后，单元周期长度为1.27mm。
表1频率选择表面的参数值(单位：mm)
| P | L | W | a | b | d |
| 1.27 | 1.06 | 0.15 | 0.2 | 0.08 | 0.381 |
如图4电磁波垂直入射时的水平极化、垂直极化的反射系数和透射系数线型图所示，从仿真结果可以发现，所设计的FSS结构在35GHz处和94GHZ处双线极化稳定性良好。具体数据分析如表2。
表2(a)Ka波段垂直入射时不同极化的反射系数和透射系数
| 极化 | 谐振点/GHz | 反射系数/dB | 透射系数/dB | -1dB带宽/GHz |
| TE | 35 | -25.40 | -0.06 | 7.27 |
| TM | 35 | -25.40 | -0.06 | 7.23 |
表2(b)W波段垂直入射时不同极化的反射系数和透射系数
| 极化 | 谐振点/GHz | 反射系数/dB | 透射系数/dB | -30dB带宽/GHz |
| TE | 94 | -0.01 | -57.87 | 6.90 |
| TM | 94 | -0.01 | -56.61 | 6.90 |
如图5Ka波段0°到30°不同斜入射下不同极化的反射系数和透射系数的线型图所示，在30°的电磁波入射下，设计的FSS结构仍然具有很好的稳定性，反射率达到-0.0026dB，基本实现全反射。具体数据分析如表3。
表2 Ka波段不同极化下不同入射角的的透射系数和反射系数的结果对比
如图6 W波段0°到30°斜入射下不同极化的反射系数和透射系数的线型图所示，0°和10°的入射波照射时，在94GHz处透射系数在-55dB以下，实现全反射。20°和30°的电磁波入射下，虽然谐振频率有轻微的偏移，但是在94GHz时反射系数在-0.01dB左右，基本上实现全反射。具体数据分析如表4。
表3W波段不同极化下不同入射角的的透射系数和反射系数的结果对比
分析结果可知，六边形环状FSS结构具有良好的极化稳定性和斜入射不敏感的特性。将每条边向内曲折能够不仅能够实现每个单元的小型化，还能提高极化和斜入射的稳定性。采用斜栅格排列成周期结构，与矩形栅格排列方式相比，这种排列使结构更加紧凑，能够避免出现珊瓣。
本实用新型提供一种Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，结构实现了谐振频率在35GHz(Ka波段的中心频率点)处，-1dB带宽大约为7.20GHz，透射率基本达到100％。谐振频率在94GHz(w波段的中心频率点)处，-30dB带宽为6.90GHz，反射率基本达到100％。所设计的FSS结构在不同线极化和不同角度的电磁波入射下均具有良好的传输特性。解决了W波段FSS作为天线副反射面的空缺；本设计采用介质板2一侧加载FSS结构，加工成本低，同时大大减少了加工误差；采用单元斜栅格排列，使结构更加紧凑，降低了珊瓣产生几率；六边形环状FSS结构对称，能够实现30°的斜入射角不敏感，并且具有良好的双线极化稳定性；与现有的FSS结构相比，本设计增添了W频段，实现了天线35GHz和94GHz的分频复用。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，其特征在于，包括：介质板，设置于上述介质板上的六边形环状频率选择表面, 上述六边形环状频率选择表面为六边形环的每一条边向内曲折一次形成的一阶曲折型六边环。
2.根据权利要求1所述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，其特征在于，上述介质层的厚度为0.381mm。
3.根据权利要求1所述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，其特征在于，上述介质层为Rogers5880高频介质板。
4.根据权利要求1所述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，其特征在于，上述六边形环状频率选择表面的厚度为0.035mm。
5.根据权利要求1所述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，其特征在于，上述六边形环状频率选择表面采用的材质为铜。
6.根据权利要求1所述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，其特征在于，上述六边形环边长为1.06mm。
7.根据权利要求1所述的Ka、W波段双频双线极化频率选择表面，其特征在于，单元周期长度为1.27mm。
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| CN109301499A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-01 | 南京信息工程大学 | Ka/W双频双极化高隔离度高增益卡塞格伦天线 |
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| CN111129780A (zh) * | 2019-12-28 | 2020-05-08 | 华南理工大学 | 一种改善玻璃材料在5g毫米波频段斜入射特性的结构 |
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2017
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