小型化帶阻型頻率選擇表面的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小型化帶阻型頻率選擇表面。該帶阻型頻率選擇表面由若干個(gè)相同單元結(jié)構(gòu)在介質(zhì)基板水平二維方向上周期排列構(gòu)成，其單元結(jié)構(gòu)包括位于介質(zhì)基板上表面的一對(duì)開口金屬環(huán)、位于介質(zhì)基板下表面的一對(duì)開口金屬環(huán)以及金屬通孔；構(gòu)成一對(duì)的兩個(gè)金屬環(huán)的開口方向相對(duì)，上下表面的兩對(duì)開口金屬環(huán)在電磁波入射方向上相互垂直交錯(cuò)，單元中心對(duì)稱分布的四個(gè)金屬通孔分別將四個(gè)金屬環(huán)的開口端對(duì)應(yīng)上下連接。單元結(jié)構(gòu)提供的電感、電容諧振使得本發(fā)明的頻率選擇表面具有帶阻特性，能夠阻礙特定頻段的空間電磁波傳播；同時(shí)，該頻率選擇表面還具有對(duì)空間電磁波不同極化、不同入射角頻率響應(yīng)穩(wěn)定以及小型化的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】小型化帶阻型頻率選擇表面

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)與微波【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種單元尺寸小型化的帶阻型頻率 選擇表面。

【背景技術(shù)】
[0002] 頻率選擇表面（Frequency Selective Surface, FSS)是一種由諧振單元周期排 列組成的二維周期結(jié)構(gòu)。頻率選擇表面已經(jīng)在空間濾波器、雷達(dá)天線罩、天線反射器、吸波 材料等軍事和民用領(lǐng)域得到十分廣泛的研究和應(yīng)用。然而，頻率選擇表面在上述領(lǐng)域內(nèi)應(yīng) 用時(shí)面臨一個(gè)突出的問(wèn)題，即在有限區(qū)域內(nèi)使用頻率選擇表面時(shí)，如果頻率選擇表面的單 元尺寸比較大時(shí)，有限區(qū)域內(nèi)的單元個(gè)數(shù)就會(huì)比較少，會(huì)影響頻率選擇表面的相關(guān)性能，例 如：頻率選擇表面對(duì)入射波入射角的低敏感性會(huì)惡化。因此，頻率選擇表面單元尺寸的小型 化是近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
[0003] 傳統(tǒng)頻率選擇表面的諧振單元尺寸可以比擬半個(gè)工作波長(zhǎng)，需要進(jìn)一步小型化。 針對(duì)于此，目前大多數(shù)頻率選擇表面的小型化技術(shù)主要是使用曲折單元內(nèi)金屬線、縫隙或 者使用外加的集總電容電感元件實(shí)現(xiàn)的；前者頻率選擇表面單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，后 者集總元件電參數(shù)會(huì)受環(huán)境溫度、濕度甚至強(qiáng)電磁場(chǎng)的影響；除此以外，還有一類所謂的三 維頻率選擇表面被提出，這類三維頻率選擇表面大多基于多層介質(zhì)基板制作，制作難度較 大，成本較高；因此，需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)新型的頻率選擇表面小型化單元結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種小型化帶阻型頻率選擇表面，實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)保證 了對(duì)不同極化的電磁波頻率響應(yīng)穩(wěn)定，對(duì)電磁波的入射角具有低敏感性的特點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 小型化帶阻型頻率選擇表面，由若干個(gè)相同單元結(jié)構(gòu)在介質(zhì)基板水平二維方向上周期 排列構(gòu)成，單元結(jié)構(gòu)包括位于介質(zhì)基板上表面的一對(duì)開口金屬環(huán)、位于介質(zhì)基板下表面的 一對(duì)開口金屬環(huán)以及金屬通孔；構(gòu)成一對(duì)的兩個(gè)金屬環(huán)的開口方向相對(duì)，上下表面的兩對(duì) 開口金屬環(huán)在電磁波入射方向上相互垂直交錯(cuò)，單元中心對(duì)稱分布的四個(gè)金屬通孔分別將 四個(gè)金屬環(huán)的開口端對(duì)應(yīng)上下連接。
[0006] 開口金屬環(huán)的形狀為規(guī)則或者不規(guī)則形狀。
[0007] 進(jìn)一步地，所述開口金屬環(huán)的形狀為矩形或者C形。
[0008] 本發(fā)明所提供的小型化帶阻型頻率選擇表面和現(xiàn)有小型化頻率選擇表面相比，有 益效果在于：可以在一層介質(zhì)基板上制作，工藝簡(jiǎn)單，單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)容易，成本低廉。利用金 屬化通孔連接介質(zhì)基板上下表面的開口金屬環(huán)可以使得該頻率選擇表面的周期單元具有 較大的電感，單元中心對(duì)稱分布的四個(gè)金屬化通孔則提供了較大的電容，電感電容諧振使 得本發(fā)明提供的頻率選擇表面具有帶阻特性；另外，較大的電感、電容使得單元尺寸得到了 縮小，使得本發(fā)明提供的小型化帶阻型頻率選擇表面對(duì)電磁波的入射角具有低敏感性，同 時(shí)介質(zhì)基板上表面的一對(duì)開口金屬環(huán)和下表面的一對(duì)開口金屬環(huán)從電磁波入射方向看相 互垂直，使得本發(fā)明提供的小型化帶阻型頻率選擇表面對(duì)電磁波的極化具有低敏感性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為根據(jù)本發(fā)明提出的小型化帶阻型頻率選擇表面一個(gè)單元的三維示意圖（a) 和一個(gè)單元的設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)注圖（b)。
[0010] 圖2為根據(jù)本發(fā)明提出的小型化帶阻型頻率選擇表面的三維示意圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明所提出的小型化帶阻型頻率選擇表面的仿真結(jié)果圖。
[0012] 其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：1-介質(zhì)基板上表面的一對(duì)矩形開口金屬環(huán)；2-介質(zhì)基 板下表面的一對(duì)矩形開口金屬環(huán)；3-連接介質(zhì)基板上下表面矩形金屬環(huán)開口端的金屬通 孔；4-普通介質(zhì)基板。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提供的一種小型化帶阻型頻率選擇表面實(shí)施例進(jìn)行具體 說(shuō)明： 本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種小型化帶阻型頻率選擇表面的一個(gè)單元如圖1 (a)所示，包括介質(zhì) 基板上表面的一對(duì)矩形開口金屬環(huán)1，介質(zhì)基板下表面的一對(duì)矩形開口金屬環(huán)2,四個(gè)連接 介質(zhì)基板上下表面矩形金屬環(huán)開口端的金屬通孔3。矩形金屬環(huán)的開口方向是相對(duì)的，且下 表面的一對(duì)矩形開口金屬環(huán)是由上表面的一對(duì)矩形開口金屬環(huán)整體旋轉(zhuǎn)九十度所得，上下 表面四個(gè)矩形開口金屬環(huán)的金屬細(xì)線末端分別通過(guò)位于單元中心對(duì)稱分布的四個(gè)金屬化 通孔對(duì)應(yīng)連接在一起。
[0014] 如圖1 (b)所示上下表面的兩對(duì)矩形開口金屬環(huán)的線寬為％矩形開口金屬環(huán)離單 元邊緣的距離均為·5,同一表面一對(duì)矩形開口金屬環(huán)之間的間距為?/，介質(zhì)基板的厚度為A， 金屬化通孔兩端的焊盤直徑為金屬化通孔的孔徑為4。如圖2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的小型 化帶阻型頻率選擇表面是由圖1的單元結(jié)構(gòu)在平面二維方向上周期排列組成，圖2中只畫 出4X4個(gè)單元示意，實(shí)際加工測(cè)試需要制作上百個(gè)單元。
[0015] 本發(fā)明根據(jù)圖1設(shè)計(jì)的帶阻諧振頻率在2. 9GHz的小型化頻率選擇表面如圖2所 示，其介質(zhì)基板的介電常數(shù)為4. 4,介質(zhì)基板的厚度為A=l. 6mm,其單元結(jié)構(gòu)參數(shù)為:/7=5mm, r=0. 2mm，6*=0. 1mm，￠/=0. 5mm，4=0. 6mm，￠4=0. 3mm〇
[0016] 圖3是本發(fā)明的仿真結(jié)果，圖3 (a)和（b)分別是對(duì)于TE波和TM波入射角從0度 變化到60度入射的傳輸系數(shù)曲線，可以看到在2. 9GHz頻率附近產(chǎn)生了阻帶，另外本發(fā)明提 出的頻率選擇表面在該實(shí)施例中單元尺寸是工作頻率2. 9GHz對(duì)應(yīng)自由空間波長(zhǎng)的0. 048， 實(shí)現(xiàn)了小型化。
【權(quán)利要求】
1. 小型化帶阻型頻率選擇表面，由若干個(gè)相同單元結(jié)構(gòu)在介質(zhì)基板水平二維方向上周 期排列構(gòu)成，其特征在于，單元結(jié)構(gòu)包括位于介質(zhì)基板上表面的一對(duì)開口金屬環(huán)、位于介質(zhì) 基板下表面的一對(duì)開口金屬環(huán)以及金屬通孔；構(gòu)成一對(duì)的兩個(gè)金屬環(huán)的開口方向相對(duì)，上 下表面的兩對(duì)開口金屬環(huán)在電磁波入射方向上相互垂直交錯(cuò)，單兀中心對(duì)稱分布的四個(gè)金 屬通孔分別將四個(gè)金屬環(huán)的開口端對(duì)應(yīng)上下連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化帶阻型頻率選擇表面，其特征在于，開口金屬環(huán)的形 狀為規(guī)則或者不規(guī)則形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型化帶阻型頻率選擇表面，其特征在于，所述開口金屬環(huán) 的形狀為矩形或者C形。
【文檔編號(hào)】H01P1/203GK104064840SQ201410326793
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】唐萬(wàn)春, 施永榮, 莊偉 , 王橙, 劉升, 沈來(lái)偉, 黃承, 朱建平 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)