WO2019024354A1 - 频率选择表面结构 - Google Patents

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WO2019024354A1
WO2019024354A1 PCT/CN2017/114051 CN2017114051W WO2019024354A1 WO 2019024354 A1 WO2019024354 A1 WO 2019024354A1 CN 2017114051 W CN2017114051 W CN 2017114051W WO 2019024354 A1 WO2019024354 A1 WO 2019024354A1
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WO
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slit
dielectric layer
frequency selective
surface structure
resonant
Prior art date
Application number
PCT/CN2017/114051
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English (en)
French (fr)
Inventor
李庆娅
邓力
李书芳
张贯京
葛新科
张红治
Original Assignee
深圳市景程信息科技有限公司
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/08—Strip line resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of electromagnetic field and microwave communication, and more particularly to a frequency selective surface structure constructed by combining a non-resonant unit and a resonant unit.
  • Frequency Selective Surfaces is a two-dimensional periodic structure composed of a periodically arranged metal patch on a surface of a medium or a slit unit periodically arranged on a metal screen.
  • the electromagnetic wave has the function of band pass (patch) or band stop (slit), and the equivalent space filter has excellent performances such as good frequency selectivity and simple fabrication. It is often used to make radomes to achieve radar antenna shielding and stealth in aerospace, and can be used as a secondary reflector for antennas. It can also be used as a polarization selector and polarization separator for satellite communication.
  • the conventional frequency selective surface is a slot pattern periodic structure on a capacitive metal conductor patch or an inductive metal conductor screen. With a simple resonant structure, polarization stability is poor, which is not conducive to spatial filtering.
  • the present invention provides a frequency selective surface structure formed by combining a non-resonant unit and a resonant unit, aiming at solving the problem of the problem of poor polarization stability of the existing frequency selective surface.
  • the present invention provides a frequency selective surface structure including an upper dielectric layer, an air dielectric layer, and a lower dielectric layer, the upper dielectric layer including a first dielectric plate and a second dielectric plate, first The upper surface of the dielectric plate and the lower surface of the second dielectric plate are respectively etched with a non-resonant inductive metal wire grid, and the upper surface of the second dielectric plate is etched with a resonant layer, the first dielectric plate and the second dielectric plate Cascading between the resonant layers, where:
  • the non-resonant inductive metal wire grid includes a plurality of wire grid cells, each of which is interwoven into a non-resonant inductive metal wire grid;
  • the resonant layer includes a plurality of hybrid resonators, each of which is uniformly distributed on the resonant layer
  • the hybrid resonator includes a metal piece and a Jerusalem cross unit, and the Jerusalem cross unit includes a cross hollow groove and eight spiral slit structure units etched on the metal piece, and each end of the cross hollow groove is left and right The sides are vertically connected to a spiral slit structure unit;
  • the structure of the lower dielectric layer is exactly the same as the structure of the upper dielectric layer, and the upper dielectric layer is cascaded with the lower dielectric layer through the air dielectric layer.
  • the spiral slit structure unit includes a first slit, a second slit, a third slit, a fourth slit, a fifth slit, and a sixth slit.
  • the first slit, the second slit, the third slit, the fourth slit, the fifth slit and the sixth slit are vertically communicated from the outside to the inside and are bent to form a spiral structure.
  • one end of the first slot is perpendicularly connected to the end of the cross slot
  • the other end of the first slot is perpendicularly communicated to one end of the second slot
  • the other end of the second slot is vertically connected to the third slot.
  • One end, the other end of the third slot is vertically connected to one end of the fourth slot
  • the other end of the fourth slot is vertically connected to one end of the fifth slot
  • the other end of the fifth slot is vertically connected to the sixth slot.
  • the first slit, the second slit, the third slit, the fourth slit, the fifth slit and the sixth slit are all small hollow slits etched on the metal piece, and the width is the same;
  • the length of one slit and the second slit are the same, the lengths of the third slit and the fourth slit are the same, and the lengths of the fifth slit and the sixth slit are the same.
  • the wire grid unit comprises a first metal strip and a second metal strip, wherein the first metal strip and the second metal strip are metal copper strips and are perpendicular to each other.
  • the first metal strip and the second metal strip have the same width, and the first metal strip and the second metal strip have the same length.
  • the metal piece is a square metal copper piece.
  • the cross hollow slot is composed of two mutually orthogonal hollow slots, and the lengths and widths of the two hollow slots are the same.
  • the dielectric constant and the magnetic permeability of the first dielectric plate and the second dielectric plate are respectively: e ⁇ 3.48
  • the thickness of the first dielectric plate and the second dielectric plate are both 0.762 mm.
  • the frequency selective surface structure proposed by the present invention adopts a non-resonant inductive metal wire grid and a Jerusalem spiral gap structure, and the outer surfaces of the upper dielectric layer and the lower dielectric layer are inlaid with non-resonant inductivity.
  • a metal wire grid, the first dielectric plate and the second dielectric plate of the upper dielectric layer and the lower dielectric layer are respectively embedded with a hybrid resonator, and each hybrid resonator is composed of a Jerusalem spiral gap structure embedded in the metal piece,
  • the metal wire grid structure of the frequency selective surface structure and the spiral gap structure of Jerusalem are symmetric structures, thereby ensuring good polarization stability and improving spatial filtering performance.
  • the frequency selective surface structure of the present invention adopts a non-resonant metal wire grid and a Jerusalem spiral gap structure embedded in the resonant layer to achieve resonance purposes, and the upper medium layer and the lower medium layer are cascaded by an air medium, the structure
  • the air medium is rationally utilized, which is more suitable for practical applications.
  • FIG. 1 is a perspective structural view of a preferred embodiment of a frequency selective surface structure of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of a frequency selective surface structure of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view of a wire grid unit of a non-resonant inductive metal wire grid
  • FIG. 4 is a plan view of a hybrid resonator in a resonant layer of a frequency selective surface structure of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic structural view of a spiral slit structure unit in a hybrid resonator
  • FIG. 6 is a graph showing results of a transmission coefficient and a reflection coefficient of a frequency selective surface structure of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing a transmission coefficient of a TE polarization ⁇ different incident angle ⁇ frequency selective surface structure
  • FIG. 1 is a perspective structural view of a preferred embodiment of a frequency selective surface structure of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of the frequency selective surface structure of the present invention.
  • the frequency selective surface structure includes an upper dielectric layer 1, an air dielectric layer 2, and a lower dielectric layer 3, and the upper dielectric layer 1 is cascaded with the lower dielectric layer 3 through the air dielectric layer 2.
  • the upper dielectric layer 1 includes a first dielectric plate 11 and a second dielectric plate 12, and the first dielectric plate 11 is located on the second dielectric plate 12.
  • the upper surface of the first dielectric plate 11 is etched with a non-resonant inductive metal wire grid 13.
  • the lower surface of the second dielectric plate 12 is also etched with a non-resonant inductive metal wire grid 13 on the second dielectric plate 12.
  • the surface layer is etched with a resonant layer 14.
  • the non-resonant inductive metal wire grid 13 includes a plurality of wire grid cells 130, each of which is interwoven into a non-resonant inductive metal wire grid 13.
  • the resonant layer 14 includes a plurality of hybrid resonators 15, and each of the hybrid resonators 15 is uniformly distributed on the resonant layer 14.
  • the first dielectric plate 11 and the second dielectric plate 12 are cascaded through the resonant layer 14.
  • the plate type of the first dielectric plate 11 and the second dielectric plate 12 is Rogers.
  • the metal wire grid 13 is preferably a meshed structure composed of metal copper wires.
  • the lower dielectric layer 3 is constructed and sized identically to the upper dielectric layer 1.
  • FIG. 3 is a plan view of a wire grid unit of a non-resonant inductive metal wire grid.
  • the length of the second metal strip 132 is D y
  • FIG. 4 is a plan view of a hybrid resonator in a resonant layer of a frequency selective surface structure of the present invention.
  • Each of the hybrid resonators 15 includes a metal sheet 150 and a Jerusalem cross unit 151.
  • the Jerusalem cross unit 151 includes a cross recess 151 and eight spiral slot structure units 152 etched on the metal sheet 150, the cross recess 151 A spiral slit structure unit 152 is vertically connected to each of the left and right sides of each end.
  • the black portion is a metal piece 150
  • the inner blank portion surrounded by the black portion is a cross hollow groove 151 and eight spiral slit structure units 152.
  • the cross hollow groove 151 is composed of two mutually orthogonal hollow gaps, and each of the hollow spaces is formed.
  • each cross section 151 comprises eight Jerusalem A spiral slit structure unit 152.
  • the width of one end of the cross hollow slot 151 and the two connected spiral slit structure units 152 is 1 ⁇ Since the resonant layer 14 is embedded between the lower surface of the first dielectric plate 11 of the upper dielectric layer 1 and the lower dielectric layer 3 and the upper surface of the second dielectric plate 12, the resonant layer 14 includes a plurality of etchings on the metal sheet 150.
  • the hybrid spiral resonator structure of the Jerusalem spiral gap structure thus makes the frequency selective surface radome 01 of the present invention have good resonance performance. Since the metal wire grid structure of the frequency selective surface structure 10 and the Jerusalem spiral gap structure are both symmetrical structures, the frequency selective surface radome 01 is ensured to have good polarization stability.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic structural view of a spiral slit structure unit 152 in the hybrid resonator 15.
  • each of the spiral slit structure units 152 is composed of a first slit 1521, a second slit 15 22, a third slit 1523, a fourth slit 1524, a fifth slit 1525, and a sixth slit 1526.
  • the first slit 1521, the second slit 1522, the third slit 1523, the fourth slit 1524, the fifth slit 1525, and the sixth slit 1526 are vertically communicated from the outside to the inside and are bent to form a spiral structure.
  • one end of the first slot 1521 is perpendicularly communicated to the end of the cross slot 151
  • the other end of the first slot 1521 is perpendicularly communicated to one end of the second slot 1522
  • the other end of the second slot 1522 is vertically connected to the third slot 1523.
  • One end of the third slot 1523 is vertically connected to one end of the fourth slot 1524
  • the other end of the fourth slot 1524 is vertically connected to one end of the fifth slot 1525
  • the other end of the fifth slot 1525 is vertically connected to the sixth slot.
  • the first slit 1521, the second slit 1522, the third slit 1523, the fourth slit 1524, the fifth slit 1525, and the sixth slit 1526 are all small hollows etched on the metal piece 150.
  • the slits have the same width; the first slit 1521 and the second slit 1522 have the same length, the third slit 1523 and the fourth slit 1 524 have the same length, and the fifth slit 1525 and the sixth slit 1526 have the same length.
  • FIG. 6 is a result plot of the transmission coefficient and the reflection coefficient of the frequency selective surface structure of the present invention.
  • the frequency selection surface structure is simulated by the simulation software CST to obtain simulation results of the transmission coefficient and the reflection coefficient of the frequency selective surface structure. It can be seen from Fig. 6 that the frequency selective surface of the present invention exhibits a second-order bandpass frequency response performance, and its operating frequency is around 10 GHz, and the relative bandwidth is 18.7%, which has better frequency selection characteristics.
  • FIG. 7 is a simulation diagram of a transmission coefficient curve of a transverse electric wave (TE) polarization ⁇ different incident angle ⁇ frequency selective surface structure
  • FIG. 8 is a simulated transverse magnetic wave (TM) Transmittance ⁇ different incident angle ⁇ frequency selection of the transmission coefficient curve of the surface structure.
  • the transmission coefficient of the frequency selective surface structure obtained by simulation is obtained at different incident angles of TE and TM polarization.
  • theta represents the angle between the propagation vector of the incident wave and the surface normal vector. It can be seen from Fig. 7 and Fig. 8 that the proposed frequency selective surface structure exhibits a relatively stable frequency response in the range of 0° to 45° in the TE and TM polarization enthalpies, respectively.
  • the frequency selective surface structure proposed by the present invention is mainly composed of three parts: an upper dielectric layer 1, an air dielectric layer 2 and a lower dielectric layer 3, and the upper dielectric layer 1 is cascaded with the lower dielectric layer 3 through the air dielectric layer 2, and The upper dielectric layer 1 is the same under the dielectric layer 1.
  • the outer surface of the upper dielectric layer 1 and the lower dielectric layer 3 is inlaid with a non-resonant inductive metal wire grid 13 , and the first dielectric plate 11 and the second dielectric plate 12 of the upper dielectric layer 1 and the lower dielectric layer 3 are inlaid with a resonant layer composed of a plurality of hybrid resonators 15, each of which is composed of a Jerusalem spiral slit structure embedded in a metal piece 150, due to the frequency selective surface structure 10 of the metal wire grid structure and Jerusalem
  • the spiral gap structure is a symmetrical structure, thus ensuring good polarization stability.
  • the frequency selective surface structure of the invention adopts a non-resonant inductive metal wire grid structure and a Jerusalem spiral gap structure to achieve resonance purposes, and the structure utilizes the air medium reasonably, which is more suitable for practical applications.
  • the frequency selective surface structure proposed by the present invention adopts a non-resonant inductive metal wire grid and a Jerusalem spiral gap structure, and the outer surfaces of the upper dielectric layer and the lower dielectric layer are inlaid with non-resonant inductivity.
  • a metal wire grid, the first dielectric plate and the second dielectric plate of the upper dielectric layer and the lower dielectric layer are respectively embedded with a hybrid resonator, and each hybrid resonator is composed of a Jerusalem spiral gap structure embedded in the metal piece,
  • the metal wire grid structure of the frequency selective surface structure and the spiral gap structure of Jerusalem are symmetric structures, thereby ensuring good polarization stability and improving spatial filtering performance.
  • the frequency selective surface structure of the present invention adopts a non-resonant metal wire grid and a Jerusalem spiral gap structure embedded in the resonant layer to achieve resonance purposes, and the upper medium layer and the lower medium layer are cascaded by an air medium, the structure
  • the air medium is rationally utilized, which is more suitable for practical applications.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明公开一种频率选择表面结构，包括上介质层、空气介质层和下介质层。上介质层包括第一介质板和第二介质板，第一介质板的上表面和第二介质板的下表面刻蚀有非谐振电感性的金属线栅，第二介质板的上表面刻蚀有谐振层，第一介质板与第二介质板通过谐振层级联。谐振层包括多个混合谐振器，每一个混合谐振器包括金属片和耶路撒冷十字单元，耶路撒冷十字单元包括一个刻蚀在金属片上的十字镂空槽和八个螺旋缝隙结构单元，十字镂空槽的每一末端左右两侧分别垂直连通一个螺旋缝隙结构单元；下介质层的结构与上介质层相同，上介质层通过空气介质层与下介质层级联。本发明提供的频率选择表面结构具有良好的谐振性能以及极化稳定性。

Description

频率选择表面结构
技术领域
[0001] 本发明涉及电磁场与微波通信的技术领域， 尤其涉及一种采用非谐振单元与谐 振单元结合方式构成的频率选择表面结构。
背景技术
[0002] 频率选择表面 (Frequency Selective Surfaces , 简称 FSS)， 是一种二维周期结构， 由介质表面上周期排列的金属贴片或者金属屏上周期排布的缝隙单元构成， 对 通过该结构的电磁波具有带通 (贴片)或者带阻 (缝隙)的作用， 相当空域滤波器， 具有频率选择性良好， 制作实现简单等优良性能。 常用于制作天线罩以达到航 空航天中的雷达天线屏蔽与隐身， 可用作天线的副反射面， 也可以用作卫星通 信用的极化选择器和极化分离器等。 然而， 传统的频率选择表面是电容性的金 属导体贴片或者电感性的金属导体屏上的缝隙图案周期结构， 采用简单的谐振 结构， 极化稳定性较差， 不利于空间滤波。
技术问题
[0003] 为克服上述技术缺陷， 本发明提供一种采用非谐振单元与谐振单元结合方式构 成的频率选择表面结构， 旨在解决现有的频率选择表面极化稳定性较差的问题 问题的解决方案
技术解决方案
[0004] 为实现上述目的， 本发明提供了一种频率选择表面结构， 包括上介质层、 空气 介质层以及下介质层， 所述上介质层包括第一介质板和第二介质板， 第一介质 板的上表面和第二介质板的下表面分别刻蚀有非谐振电感性的金属线栅， 第二 介质板的上表面刻蚀有谐振层， 所述第一介质板与第二介质板之间通过所述谐 振层级联， 其中：
[0005] 所述非谐振电感性的金属线栅包括多个线栅单元， 每一个线栅单元相互交织成 非谐振电感性的金属线栅； [0006] 所述谐振层包括多个混合谐振器， 每一个混合谐振器均匀分布在所述谐振层上
[0007] 所述混合谐振器包括金属片以及耶路撒冷十字单元， 所述耶路撒冷十字单元包 括一个刻蚀在金属片上的十字镂空槽和八个螺旋缝隙结构单元， 该十字镂空槽 的每一末端左右两侧分别垂直连通一个螺旋缝隙结构单元；
[0008] 所述下介质层的结构与上介质层的结构完全相同， 所述上介质层通过所述空气 介质层与下介质层级联。
[0009] 优选的， 所述螺旋缝隙结构单元包括第一缝隙、 第二缝隙、 第三缝隙、 第四缝 隙、 第五缝隙和第六缝隙。
[0010] 优选的， 所述第一缝隙、 第二缝隙、 第三缝隙、 第四缝隙、 第五缝隙和第六缝 隙由外向内垂直连通并弯折形成螺旋结构。
[0011] 优选的， 所述第一缝隙的一端垂直连通至十字镂空槽的末端， 第一缝隙的另一 端垂直连通至第二缝隙的一端， 第二缝隙的另一端垂直连通至第三缝隙的一端 ， 第三缝隙的另一端垂直连通至第四缝隙的一端， 第四缝隙的另一端垂直连通 至第五缝隙的一端， 第五缝隙的另一端垂直连通至第六缝隙上。
[0012] 优选的， 所述第一缝隙、 第二缝隙、 第三缝隙、 第四缝隙、 第五缝隙和第六缝 隙均为刻蚀在金属片上的细小镂空缝隙， 且宽度相同； 所述第一缝隙和第二缝 隙的长度相同， 第三缝隙和第四缝隙的长度相同， 第五缝隙和第六缝隙的长度 相同。
[0013] 优选的， 所述线栅单元包括第一金属条和第二金属条， 所述第一金属条和第二 金属条为金属铜条且相互垂直正交。
[0014] 优选的， 所述第一金属条和第二金属条的宽度相同， 所述第一金属条和第二金 属条的长度相同。
[0015] 优选的， 所述金属片为正方形的金属铜片。
[0016] 优选的， 所述十字镂空槽由两根相互正交的镂空缝隙组成， 两根镂空缝隙的长 度和宽度均相同。
[0017] 优选的， 所述第一介质板和第二介质板的介电常数和磁导率均分别为： e ^3.48
, m ^l ; 第一介质板和第二介质板的板厚均为 0.762mm。 发明的有益效果
有益效果
[0018] 相较于现有技术， 本发明提出的频率选择表面结构采用非谐振电感性的金属线 栅与耶路撒冷螺旋缝隙结构， 上介质层和下介质层的外表面均镶嵌有非谐振电 感性的金属线栅， 上介质层和下介质层的第一介质板和第二介质板之间均镶嵌 有包括混合谐振器， 每个混合谐振器由镶嵌在金属片上的耶路撒冷螺旋缝隙结 构组成， 由于频率选择表面结构的金属线栅结构和耶路撒冷螺旋缝隙结构都是 对称结构， 从而保证了良好的极化稳定性， 提高了空间滤波性能。 本发明所述 频率选择表面结构采用非谐振的金属线栅和镶嵌在谐振层上的耶路撒冷螺旋缝 隙结构， 从而达到谐振目的， 而且上介质层和下介质层之间通过空气介质级联 ， 此结构合理利用了空气介质， 更符合实际应用。
对附图的简要说明
附图说明
[0019] 图 1是本发明频率选择表面结构优选实施例的立体结构图；
[0020] 图 2是本发明频率选择表面结构优选实施例的截面图；
[0021] 图 3是非谐振电感性的金属线栅的一个线栅单元的平面结构图；
[0022] 图 4是本发明频率选择表面结构的谐振层中混合谐振器的平面结构图；
[0023] 图 5是混合谐振器中的螺旋缝隙结构单元的放大结构示意图；
[0024] 图 6是本发明频率选择表面结构的传输系数和反射系数的结果曲线图；
[0025] 图 7是 TE极化吋不同入射角度吋频率选择表面结构的传输系数曲线图；
[0026] 图 8是 TM极化吋不同入射角度吋频率选择表面结构的传输系数曲线图。
[0027] 本发明目的实现、 功能特点及优点将结合实施例， 将在具体实施方式部分一并 参照附图做进一步说明。
实施该发明的最佳实施例
本发明的最佳实施方式
[0028] 为更进一步阐述本发明为达成上述目的所采取的技术手段及功效， 以下结合附 图及较佳实施例， 对本发明的具体实施方式、 结构、 特征及其功效进行详细说 明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定 本发明。
[0029] 参照图 1和图 2所示， 图 1是本发明频率选择表面结构优选实施例的立体结构图 ； 图 2是本发明频率选择表面结构优选实施例的截面图。 在本实施例中， 所述的 频率选择表面结构包括上介质层 1、 空气介质层 2以及下介质层 3， 上介质层 1通 过空气介质层 2与下介质层 3级联。 所述上介质层 1包括第一介质板 11和第二介质 板 12， 所述第一介质板 11位于第二介质板 12上。 第一介质板 11的上表面刻蚀有 非谐振电感性的金属线栅 13， 第二介质板 12的下表面也刻蚀有非谐振电感性的 金属线栅 13， 第二介质板 12的上表面刻蚀有谐振层 14。 所述非谐振电感性的金 属线栅 13包括多个线栅单元 130， 每一个线栅单元 130相互交织成非谐振电感性 的金属线栅 13。 所述谐振层 14包括多个混合谐振器 15， 每一个混合谐振器 15均 匀分布在谐振层 14上。 第一介质板 11与第二介质板 12通过谐振层 14级联。
[0030] 在本实施例中， 所述第一介质板 11和第二介质板 12的板材类型为 Rogers
RT/Duroid 4350B的介质板， 其介电常数和磁导率均分别为： e f=3.48， m ^l^ 第 一介质板 11和第二介质板 12的板厚均为 0.762mm， 即1 1=h 2=0.762mm。 所述金属 线栅 13优选为金属铜线构成的网格化结构。 所述频率选择表面结构的厚度为 h=2 ?h 1 2?h 2 h 3=9.048mm, 其中 Ιι ^, h 3为空气介质层 2的厚度， h 3=6mm。 所述 上介质层 1的厚度为 h 1+h 2= 1.524mm, 所述下介质层 3的厚度为 h 1+h 2= 1.524mm 。 在本实施例中， 所述下介质层 3的构造和尺寸大小与上介质层 1完全相同。
[0031] 参考图 3所示， 图 3是非谐振电感性的金属线栅的一个线栅单元的平面结构图。
在本实施例中， 非谐振电感性的金属线栅 13包括多个线栅单元 130， 每一个线栅 单元 130相互交织成非谐振电感性的金属线栅 13， 每一个线栅单元 130包括第一 金属条 131和第二金属条 132， 第一金属条 131和第二金属条 132相互垂直正交， 第一金属条 131和第二金属条 132的宽度相同， 均为 W=0.2mm， 第一金属条 131的 长度为 D x=6mm， 第二金属条 132的长度为 D y
=6mm。 由于上介质层 1和下介质层 3的第一介质板 11的上表面、 第二介质板 12的 下表面都刻蚀有非谐振电感性的金属线栅 13， 因此使得本发明频率选择表面结 构具有电感性的波阻抗性能。 [0032] 参考图 4所示， 图 4是本发明频率选择表面结构的谐振层中的一个混合谐振器的 平面结构图。 在本实施例中， 所述谐振层 14包括多个混合谐振器 15， 所述多个 混合谐振器 15均匀分布在谐振层 14上， 混合谐振器 15呈正方形结构， 长度为 D x =6mm, 宽度为 D y=6mm。 每一个混合谐振器 15包括金属片 150以及耶路撒冷十 字单元 151， 所述耶路撒冷十字单元 151包括一个刻蚀在金属片 150上的十字镂空 槽 151以及八个螺旋缝隙结构单元 152， 十字镂空槽 151的每一末端左右两侧分别 垂直连通一个螺旋缝隙结构单元 152。 如图 4所示， 黑色部分为金属片 150， 被黑 色部分包围的内部空白部分为十字镂空槽 151和八个螺旋缝隙结构单元 152。 在 本实施例中， 所述金属片 150为正方形的金属铜片， 边长为 1^=3.61^^ 十字镂 空槽 151由两根相互正交的镂空缝隙组成十字型结构， 每一根镂空缝隙的宽度均 W 1=0.5mm， 每一根镂空缝隙的长度均为 L ^ Smm; 由于十字镂空槽 151左右 两侧分别垂直连通一个螺旋缝隙结构单元 152， 因此， 每一个耶路撒冷十字单元 151包括八个螺旋缝隙结构单元 152。 十字镂空槽 151的一个末端与两个连接的螺 旋缝隙结构单元 152的宽度为1^
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由于上介质层 1和下介质层 3的第一介 质板 11的下表面与第二介质板 12的上表面之间镶嵌有谐振层 14， 该谐振层 14包 括多个刻蚀在金属片 150上的耶路撒冷螺旋缝隙结构组成的混合谐振器 15， 因此 使得本实用新型频率选择表面天线罩 01具有良好的谐振性能。 由于频率选择表 面结构 10的金属线栅结构和耶路撒冷螺旋缝隙结构都是对称结构， 从而保证了 频率选择表面天线罩 01具有良好的极化稳定性。
[0033] 参考图 5所示， 图 5是混合谐振器 15中的螺旋缝隙结构单元 152的放大结构示意 图。 在本实施例中， 每一个螺旋缝隙结构单元 152由第一缝隙 1521、 第二缝隙 15 22、 第三缝隙 1523、 第四缝隙 1524、 第五缝隙 1525和第六缝隙 1526构成。 第一 缝隙 1521、 第二缝隙 1522、 第三缝隙 1523、 第四缝隙 1524、 第五缝隙 1525和第 六缝隙 1526由外向内垂直连通并弯折形成螺旋结构。 具体地， 第一缝隙 1521的 一端垂直连通至十字镂空槽 151的末端， 第一缝隙 1521的另一端垂直连通至第二 缝隙 1522的一端， 第二缝隙 1522的另一端垂直连通至第三缝隙 1523的一端， 第 三缝隙 1523的另一端垂直连通至第四缝隙 1524的一端， 第四缝隙 1524的另一端 垂直连通至第五缝隙 1525的一端， 第五缝隙 1525的另一端垂直连通至第六缝隙 1 [0034] 在本实施例中， 第一缝隙 1521、 第二缝隙 1522、 第三缝隙 1523、 第四缝隙 1524 、 第五缝隙 1525和第六缝隙 1526均为刻蚀在金属片 150上的细小镂空缝隙， 且宽 度相同； 第一缝隙 1521和第二缝隙 1522的长度相同， 第三缝隙 1523和第四缝隙 1 524的长度相同， 第五缝隙 1525和第六缝隙 1526的长度相同。 作为优选实施例， 第一缝隙 1521、 第二缝隙 1522、 第三缝隙 1523、 第四缝隙 1524、 第五缝隙 1525 和第六缝隙 1526的宽度均为 W 2=0.1mm， 第一缝隙 1521和第二缝隙 1522的长度为
(L 2-W ,) /2=0.5mm; 第三缝隙 1523和第四缝隙 1524的长度均为 （L 2-W , ) /2-W 2=0.4mm; 第五缝隙 1525和第六缝隙 1526的长度均为 （L 2-W i) /2-2xW 2 =0.3mm。
[0035] 参考图 6所示， 图 6是本发明频率选择表面结构的传输系数和反射系数的结果曲 线图。 在本实施例中， 利用仿真软件 CST对频率选择表面结构进行仿真， 得到所 述频率选择表面结构的传输系数和反射系数的仿真结果。 由图 6可知， 本发明所 述频率选择表面呈现出二阶带通频率响应性能， 其工作频率在 10GHz附近， 相对 带宽为 18.7%， 具有较好的频率选择特性。
[0036] 参考图 7和图 8所示， 图 7是仿真得到的横电波 （TE) 极化吋不同入射角度吋频 率选择表面结构的传输系数曲线图； 图 8是仿真得到的横磁波 （TM) 极化吋不 同入射角度吋频率选择表面结构的传输系数曲线图。 如图 7和图 8所示， 是在 TE 和 TM极化吋不同入射角度吋， 仿真得到的频率选择表面结构的传输系数。 其中 ， "theta"表示入射波的传播矢量和表面法向量之间的角度。 由图 7和图 8可知， 所 提出的频率选择表面结构分别在 TE和 TM极化吋， 其在 0°到 45°的范围内表现出 了相对稳定的频率响应。
[0037] 本发明提出的频率选择表面结构主要由三部分组成： 上介质层 1、 空气介质层 2 以及下介质层 3， 上介质层 1通过空气介质层 2与下介质层 3级联， 且上介质层 1下 介质层 3相同。 上介质层 1和下介质层 3外表面镶嵌有非谐振电感性的金属线栅 13 ， 上介质层 1和下介质层 3的第一介质板 11和第二介质板 12之间均镶嵌有包括多 个混合谐振器 15组成的谐振层， 每个混合谐振器 15由镶嵌在金属片 150上的耶路 撒冷螺旋缝隙结构组成， 由于频率选择表面结构 10的金属线栅结构和耶路撒冷 螺旋缝隙结构都是对称结构， 从而保证了良好的极化稳定性。 本发明所述频率 选择表面结构采用非谐振电感性的金属线栅结构和耶路撒冷螺旋缝隙结构， 从 而达到谐振目的， 而且此结构合理利用了空气介质， 更符合实际应用。
[0038] 以上仅为本发明的优选实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本 发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换， 或直接或间接运用在 其他相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。
工业实用性
[0039] 相较于现有技术， 本发明提出的频率选择表面结构采用非谐振电感性的金属线 栅与耶路撒冷螺旋缝隙结构， 上介质层和下介质层的外表面均镶嵌有非谐振电 感性的金属线栅， 上介质层和下介质层的第一介质板和第二介质板之间均镶嵌 有包括混合谐振器， 每个混合谐振器由镶嵌在金属片上的耶路撒冷螺旋缝隙结 构组成， 由于频率选择表面结构的金属线栅结构和耶路撒冷螺旋缝隙结构都是 对称结构， 从而保证了良好的极化稳定性， 提高了空间滤波性能。 本发明所述 频率选择表面结构采用非谐振的金属线栅和镶嵌在谐振层上的耶路撒冷螺旋缝 隙结构， 从而达到谐振目的， 而且上介质层和下介质层之间通过空气介质级联 ， 此结构合理利用了空气介质， 更符合实际应用。

Claims

权利要求书
一种频率选择表面结构， 包括上介质层、 空气介质层以及下介质层， 其特征在于， 所述上介质层包括第一介质板和第二介质板， 第一介质 板的上表面和第二介质板的下表面分别刻蚀有非谐振电感性的金属线 栅， 第二介质板的上表面刻蚀有谐振层， 所述第一介质板与第二介质 板之间通过所述谐振层级联， 其中： 所述非谐振电感性的金属线栅包 括多个线栅单元， 每一个线栅单元相互交织成非谐振电感性的金属线 栅； 所述谐振层包括多个混合谐振器， 每一个混合谐振器均匀分布在 所述谐振层上； 所述混合谐振器包括金属片以及耶路撒冷十字单元， 所述耶路撒冷十字单元包括一个刻蚀在金属片上的十字镂空槽和八个 螺旋缝隙结构单元， 该十字镂空槽的每一末端左右两侧分别垂直连通 一个螺旋缝隙结构单元； 所述下介质层的结构与上介质层的结构完全 相同， 所述上介质层通过所述空气介质层与下介质层级联。
如权利要求 1所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述螺旋缝隙 结构单元包括第一缝隙、 第二缝隙、 第三缝隙、 第四缝隙、 第五缝隙 和第六缝隙。
如权利要求 2所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述第一缝隙 、 第二缝隙、 第三缝隙、 第四缝隙、 第五缝隙和第六缝隙由外向内垂 直连通并弯折形成螺旋结构。
如权利要求 3所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述第一缝隙 的一端垂直连通至十字镂空槽的末端， 第一缝隙的另一端垂直连通至 第二缝隙的一端， 第二缝隙的另一端垂直连通至第三缝隙的一端， 第 三缝隙的另一端垂直连通至第四缝隙的一端， 第四缝隙的另一端垂直 连通至第五缝隙的一端， 第五缝隙的另一端垂直连通至第六缝隙上。 如权利要求 2所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述第一缝隙 、 第二缝隙、 第三缝隙、 第四缝隙、 第五缝隙和第六缝隙均为刻蚀在 金属片上的细小镂空缝隙， 且宽度相同； 所述第一缝隙和第二缝隙的 长度相同， 第三缝隙和第四缝隙的长度相同， 第五缝隙和第六缝隙的 长度相同。
[权利要求 6] 如权利要求 1所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述线栅单元 包括第一金属条和第二金属条， 所述第一金属条和第二金属条为金属 铜条且相互垂直正交。
[权利要求 7] 如权利要求 6所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述第一金属 条和第二金属条的宽度相同， 所述第一金属条和第二金属条的长度相 同。
[权利要求 8] 如权利要求 1所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述金属片为 正方形的金属铜片。
[权利要求 9] 如权利要求 1所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述十字镂空 槽由两根相互正交的镂空缝隙组成， 两根镂空缝隙的长度和宽度均相 同。
[权利要求 10] 如权利要求 1至 9任一项所述的频率选择表面结构， 其特征在于， 所述 第一介质板和第二介质板的介电常数和磁导率均分别为： e r=3.48， m Γ=1； 第一介质板和第二介质板的板厚均为 0.762mm。
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