非對稱雙層帶通型頻率選擇表面的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非對稱雙層帶通型頻率選擇表面，屬于空間濾波【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的頻率選擇表面，包括從上至下依次緊密接觸的第一頻率選擇表面陣列層、第一基底介質(zhì)層、第一粘接層、耦合介質(zhì)層、第二粘接層、第二基底介質(zhì)層和第二頻率選擇表面陣列層，其中，第二頻率選擇表面陣列層的每個開孔單元的任意兩條以上相鄰的周期邊界上設(shè)有條形孔，每個開孔單元上的條形孔的開孔位置、方向和尺寸一致，每個條形孔的長邊等于條形孔開孔位置的周期邊界的長度。該頻率選擇表面能夠?qū)崿F(xiàn)對兩個阻帶的透過率進行抑制且靠近通帶的阻帶透過率更低。
【專利說明】非對稱雙層帶通型頻率選擇表面

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于空間濾波【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種非對稱雙層帶通型頻率選擇表面。

【背景技術(shù)】
[0002] 頻率選擇表面（Frequency Selective Surfaces,簡稱FSS)是由周期排列的金屬 貼片單元或金屬屏上周期排列的開孔單元構(gòu)成，其在單元諧振頻率附近呈全反射（帶阻型 FSS)或全傳輸（帶通型FSS)特性，具有空間濾波的功能。利用FSS的這一特性，可以將其 應(yīng)用于飛行器RCS縮減、副反射面天線、微波通信及電磁屏蔽等多個領(lǐng)域。帶通型FSS的理 想濾波曲線應(yīng)具有如下特征：在通帶內(nèi)透過率盡可能高，阻帶內(nèi)透過率盡可能低。
[0003] 對于某些應(yīng)用，帶通型FSS需要抑制的阻帶不只一個而是兩個，其中，第一阻帶距 通帶較近，第二阻帶距通帶較遠。當(dāng)要求第二阻帶比第一阻帶具有更低的透過率時，通常采 用對稱雙層帶通型FSS即可實現(xiàn)，如圖la)所示。對稱雙層帶通型FSS包括從上至下依次 緊密接觸的第一 FSS陣列層、第一基底介質(zhì)層、第一粘接層、耦合介質(zhì)層、第二粘接層、第二 基底介質(zhì)層和第二FSS陣列層，第一 FSS陣列層和第二FSS陣列層相同且相對于耦合介質(zhì) 層對稱，且第一 FSS陣列層和第二FSS陣列層均由導(dǎo)電金屬屏上周期排列的開孔單元構(gòu)成。 但是，上述雙層FSS很難實現(xiàn)第一阻帶比第二阻帶的透過率低?，F(xiàn)有技術(shù)中，還有一種單層 混合單元FSS，但是上述單層FSS雖然可以使距離通帶較近的第一阻帶透過率急劇下降，但 卻無法抑制第二阻帶的透過率致使第二阻帶成為了第二個通帶，如圖lb)所示。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種非對稱雙層帶通型頻率選擇表面，在帶通 中實現(xiàn)對兩個阻帶透過率的抑制且靠近通帶的阻帶透過率更低。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 非對稱雙層帶通型頻率選擇表面，包括從上至下依次緊密接觸的第一頻率選擇表 面陣列層、第一基底介質(zhì)層、第一粘接層、耦合介質(zhì)層、第二粘接層、第二基底介質(zhì)層和第二 頻率選擇表面陣列層，所述第二頻率選擇表面陣列層的每個開孔單元的任意兩條以上相鄰 的周期邊界上設(shè)有條形孔，每個開孔單元上的條形孔的開孔位置、方向和尺寸一致，每個條 形孔的長邊等于條形孔開孔位置的周期邊界的長度。
[0007] 進一步的，所述開孔單元為Y環(huán)單元、方環(huán)單元、圓環(huán)單元、Y孔單元、圓孔單元、方 孔單元、偶極子單元或者耶路撒冷單元。
[0008] 進一步的，所述第一基底介質(zhì)層和第二基底介質(zhì)層的材料為剛性介質(zhì)或柔性塑料 薄膜。
[0009] 進一步的，所述第一粘接層7和第二粘接層9的材料為膠膜或樹脂。
[0010] 進一步的，所述耦合介質(zhì)層的介電常數(shù)小于4。
[0011] 本發(fā)明的工作原理：本發(fā)明中的第一 FSS陣列層為開孔型FSS，具有現(xiàn)有帶通型 FSS的傳輸性能，即越遠離通帶透過率越低，而第二FSS陣列層為混合型FSS，可在靠近通帶 處使透過率急劇下降，兩種FSS層組合在一起不但通過相互耦合實現(xiàn)了現(xiàn)有對稱雙層FSS 的高Q值濾波特性，同時還保留了各自的傳輸特點，開孔型FSS保證了遠離通帶的第二阻帶 具有較低的透過率，混合型FSS則保證了靠近通帶的第一阻帶具有更低的透過率。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0013] 本發(fā)明的非對稱雙層帶通型頻率選擇表面可實現(xiàn)兩個阻帶透過率抑制且靠近通 帶的阻帶透過率更低，且在現(xiàn)有對稱雙層FSS的基礎(chǔ)上略作改動即可實現(xiàn)，簡便易行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1中，a為現(xiàn)有技術(shù)中對稱雙層帶通型FSS的濾波曲線，b為現(xiàn)有技術(shù)中單層混 合單元FSS的濾波曲線；
[0015] 圖2為本發(fā)明非對稱雙層帶通型FSS的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3中，a)為本發(fā)明第一 FSS陣列層的局部示意圖，b)為本發(fā)明第二FSS陣列層 的局部不意圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明實施例1的混合單元的尺寸示意圖；
[0018] 圖5為本發(fā)明實施例1的非對稱雙層帶通型FSS與對比例1的對稱雙層FSS的透 過率仿真曲線。
[0019] 圖中：1、導(dǎo)電金屬屏，2、開孔單兀，3、條形孔，4,混合單兀，5、第一 FSS陣列層，6、 第一基底介質(zhì)層，7、第一粘接層、8、耦合介質(zhì)層，9、第二粘接層，10、第二基底介質(zhì)層，11、第 二FSS陣列層。

【具體實施方式】
[0020] 為了進一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明，但是應(yīng)當(dāng)理解，這 些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0021] 如圖2和圖3所示，非對稱雙層帶通型FSS包括從上至下依次緊密接觸的第一 FSS 陣列層5、第一基底介質(zhì)層6、第一粘接層7、耦合介質(zhì)層8、第二粘接層9、第二基底介質(zhì)層 10和第二FSS陣列層11。其中，第一 FSS陣列層5是開孔型FSS，由導(dǎo)電金屬屏1上周期排 列的開孔單元2構(gòu)成；第二FSS陣列層11是混合型FSS，由導(dǎo)電金屬屏1上周期排列的混 合單元4構(gòu)成，所述混合單元4包括開孔單元2和設(shè)在開孔單元2的任意兩條以上相鄰的 周期邊界上的條形孔3構(gòu)成，每個條形孔3的長邊等于條形孔3開孔位置的周期邊界的長 度，一個開孔單元2上設(shè)置的多個條形孔3的寬度可以不同，不同開孔單元2上的條形孔3 的開孔位置、方向和尺寸一致，條形孔3將第二FSS陣列層11的導(dǎo)電金屬屏1按周期分割， 使導(dǎo)電金屬屏1不連通，第二FSS陣列層11的開孔單元2和第一 FSS陣列層5的開孔單元 2相同且相對于稱合介質(zhì)層8對稱。
[0022] 在確定上述基本結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)具體要求進行FSS的一體化設(shè)計，目的是確 定最優(yōu)參數(shù)，包括開孔單元2和條形孔3的圖形、尺寸、周期、排布方式，耦合介質(zhì)層8的介 電常數(shù)，以及各層的厚度。
[0023] 導(dǎo)電金屬屏1的材料可以從金、銀、銅、鋁等多種良導(dǎo)體中選擇。開孔單元2可以 根據(jù)帶寬、角度穩(wěn)定性等要求選擇，如Y孔/環(huán)、方孔/環(huán)、圓孔/環(huán)、偶極子、耶路撒冷等多 種單元圖形。第一基底介質(zhì)層6和第二基底介質(zhì)層10的材料可以是剛性介質(zhì)，如各種纖維 增強樹脂復(fù)合材料、陶瓷材料等，也可以是柔性塑料薄膜，如聚酰亞胺薄膜、聚酯薄膜。耦合 介質(zhì)層8適宜選擇介電常數(shù)小于4的低介電常數(shù)、低損耗的介質(zhì)，如聚酰亞胺材料、泡沫材 料、蜂窩材料等。第一粘接層7和第二粘接層9的材料可以在各種低損耗的膠膜或樹脂中 根據(jù)要求選擇。第一 FSS陣列層5和第二FSS陣列層11通常采用成熟的光刻工藝制作，整 體多層結(jié)構(gòu)采用模壓法或真空袋法等成熟的層合工藝實現(xiàn)。
[0024] 實施例1
[0025] 結(jié)合圖4-5說明實施例1
[0026] 要求在介電常數(shù)為2. 95、厚度為31mm的介質(zhì)上加載FSS后，中心頻率f0處透過率 較原介質(zhì)下降不超過10%，第一阻帶平均透過率不高于-15dB，第二阻帶平均透過率不高 于-10dB。
[0027] 根據(jù)上述技術(shù)指標計算優(yōu)化，本發(fā)明實施例1得到的最終設(shè)計結(jié)構(gòu)如下：第一 FSS 陣列層5和第二FSS陣列層11的開孔單元2均為十字環(huán)單元，如圖4所示，外孔長1^ = 4. 5656_，外孔寬 ％ = 2. 2652_，內(nèi)貼片長 L2 = 3. 8512_，內(nèi)貼片寬 W2 = 1. 6886_，橫 向周期Dx = 8mm，縱向周期Dy = 8mm，排布方式為正方形排布，條形孔3的寬度屯=d2 = 0. 3568mm，條形孔3的長度等于開孔位置的周期邊界的長度；第一基底介質(zhì)層6和第二基底 介質(zhì)層10為聚酰亞胺薄膜，厚度均為25. 4um ;導(dǎo)電金屬屏1為銅層，厚度為18um ;第一粘接 層7和第二粘接層9均為eva (乙烯-醋酸乙烯共聚物）膠膜，厚度為50um ;耦合介質(zhì)層8 為Nomex蜂窩板，介電常數(shù)1. 1，厚度3mm，第一 FSS陣列層5和第二FSS陣列層11制作采 用光刻工藝，整體多層結(jié)構(gòu)采用真空袋法制作。
[0028] 對比例1
[0029] 結(jié)合圖5說明對比例1
[0030] 對稱雙層帶通型FSS包括從上至下依次緊密接觸的第一 FSS陣列層5、第一基底介 質(zhì)層6、第一粘接層7、耦合介質(zhì)層8、第二粘接層9、第二基底介質(zhì)層10和第二FSS陣列層 11 ;第一 FSS陣列層5和第二FSS陣列層11均由導(dǎo)電金屬屏1上周期排列的十字環(huán)單元構(gòu) 成，十字環(huán)單兀的尺寸與對實施例1相同，導(dǎo)電金屬屏1、第一基底介質(zhì)層6、第二基底介質(zhì) 層10、第一粘接層7、第二粘接層9和耦合介質(zhì)層8均與實施例1相同。
[0031] 將本發(fā)明實施例1制備的非對稱雙層帶通型FSS與對比例1制備的對稱雙屏FSS 進行透過率仿真曲線對比，結(jié)果如圖5所示，其中，曲線a為對比例1對稱雙屏FSS結(jié)構(gòu)的 透過率仿真曲線，曲線b為實施例1非對稱雙層帶通型FSS的透過率仿真曲線，二者均有一 個通帶及兩個阻帶，且通帶透過率相差不多。但明顯的，對稱雙屏FSS的第二阻帶比第一阻 帶的透過率低，符合距離通帶越遠阻帶性能越好。而本發(fā)明的非對稱雙層帶通型FSS恰恰 相反，第一阻帶的透過率明顯低于第二阻帶的透過率，第一阻帶平均透過率為-17. ldB，第 二阻帶的平均透過率為-12. 3dB，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個阻帶透過率抑制且靠近通帶的阻帶透過率 更低。
[0032] 顯然，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指 出，對于所述【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā) 明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 非對稱雙層帶通型頻率選擇表面，包括從上至下依次緊密接觸的第一頻率選擇表面 陣列層、第一基底介質(zhì)層、第一粘接層、耦合介質(zhì)層、第二粘接層、第二基底介質(zhì)層和第二頻 率選擇表面陣列層，其特征在于，所述第二頻率選擇表面陣列層的每個開孔單元的任意兩 條以上相鄰的周期邊界上設(shè)有條形孔，每個開孔單元上的條形孔的開孔位置、方向和尺寸 一致，每個條形孔的長邊等于條形孔開孔位置的周期邊界的長度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱雙層帶通型頻率選擇表面，其特征在于，所述開孔單 元為Y環(huán)單元、方環(huán)單元、圓環(huán)單元、Y孔單元、圓孔單元、方孔單元、偶極子單元或者耶路撒 冷單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱雙層帶通型頻率選擇表面，其特征在于，所述第一基 底介質(zhì)層和第二基底介質(zhì)層的材料為剛性介質(zhì)或柔性塑料薄膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱雙層帶通型頻率選擇表面，其特征在于，所述第一粘 接層7和第二粘接層9的材料為膠膜或樹脂。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱雙層帶通型頻率選擇表面，其特征在于，所述耦合介 質(zhì)層的介電常數(shù)小于4。
【文檔編號】H01P1/20GK104051826SQ201410260819
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】王巖松, 高勁松, 湯洋 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所