選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種選擇性高且角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，可用 于反射面天線、衛(wèi)星通信等諸多對(duì)頻率選擇表面的選擇性和角度穩(wěn)定性均有嚴(yán)格要求的領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率選擇表面(Frequency Selective Surface，F(xiàn)SS)，是一種二維的周期陣列結(jié) 構(gòu)。FSS本身不吸收能量，卻能有效控制入射電磁波的傳輸和反射，因此可以將其看成一種 空間濾波器。頻率選擇表面FSS因其對(duì)不同頻率電磁波的反射能力不同，具有按頻率特征過(guò) 濾電磁波的特性，從而在電磁兼容、通信以及導(dǎo)航等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
[0003] -般而言，傳統(tǒng)頻率選擇表面在設(shè)計(jì)過(guò)程只考慮滿足通帶或者阻帶特性即可，并 沒(méi)有考慮角度穩(wěn)定性或者選擇性方面的要求，隨著系統(tǒng)小型化、天線多頻復(fù)用技術(shù)的發(fā)展， 對(duì)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的選擇性或者角度穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高，相應(yīng)的技術(shù)手段也隨之出 現(xiàn)，如基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的頻率選擇表面，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)良好的選擇 性，以滿足頻率選擇表面結(jié)構(gòu)對(duì)于選擇性的要求，但該技術(shù)手段在滿足對(duì)于頻率選擇表面 結(jié)構(gòu)的選擇性的要求同時(shí)，往往忽視了對(duì)于角度穩(wěn)定的要求。
[0004] 如中國(guó)專利申請(qǐng)，授權(quán)公布號(hào)為CN201117773，名稱為"一種具有雙邊帶陡降特性 的新型頻率選擇表面"的發(fā)明專利，該專利公開了一種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選 擇表面，該新型頻率選擇表面在介質(zhì)基片的兩面鍍有金屬層，貫穿于整個(gè)介質(zhì)基片排列為 多組大小正方形的金屬化通孔，形成多組高頻、低頻基片集成波導(dǎo)腔體。相鄰高頻、低頻腔 體的上、下金屬層蝕刻有相同的正方形耦合縫隙，與普通的由兩種不同尺寸的周期性貼片 或者縫隙構(gòu)成的雙頻帶頻率選擇表面相比，該新型頻率選擇表面引入了腔體諧振模式，實(shí) 現(xiàn)了通帶的雙邊陡降特性，大大提高了通帶的選擇特性，其性能對(duì)于入射波的角度和極化 穩(wěn)定性表現(xiàn)較好。通過(guò)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)通帶的雙邊帶陡降特性，上述結(jié)構(gòu)在0°~ 30°角度范圍內(nèi)的性能穩(wěn)定。但由于該結(jié)構(gòu)過(guò)度依靠基片集成波導(dǎo)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其雙邊帶頻 率陡降特性，由于基片集成波導(dǎo)技術(shù)自身的局限性，使得該頻率選擇表面的角度穩(wěn)定性無(wú) 法得到保證。同時(shí)該新型頻率選擇表面仿真結(jié)果以_5dB作為選擇性的衡量標(biāo)準(zhǔn)，并不能很 好的滿足現(xiàn)今技術(shù)指標(biāo)對(duì)于選擇性的要求;該結(jié)構(gòu)角度穩(wěn)定性在30°角域時(shí)已經(jīng)惡化，隨著 角度范圍的提升，其傳輸特性惡化較明顯，顯然在大角度如45°斜入射狀態(tài)已經(jīng)無(wú)法滿足使 用要求。
[0005] 隨著通信系統(tǒng)對(duì)于頻率選擇表面使用要求的提高，雖然已有較多技術(shù)手段可以實(shí) 現(xiàn)頻率選擇表面良好的選擇性，但這些手段在實(shí)現(xiàn)良好選擇性的同時(shí)，往往不能同時(shí)兼顧 角度穩(wěn)定性，因此，能夠同時(shí)兼顧選擇性和角度穩(wěn)定性的頻率選擇表面具有重要的應(yīng)用價(jià) 值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種選擇性高和角度穩(wěn) 定的頻率選擇表面，用于解決現(xiàn)有頻率選擇表面不能同時(shí)兼顧選擇性和角度穩(wěn)定性的問(wèn) 題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0008] 一種選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，由MXN個(gè)無(wú)源諧振單元周期排列而 成，其中M2 3，N2 3,每個(gè)無(wú)源諧振單元包括介質(zhì)基板和印制于其表面的輻射貼片;介質(zhì)基 板分為第一介質(zhì)基板1和第二介質(zhì)基板2,在第一介質(zhì)基板1和第二介質(zhì)基板2上設(shè)置有多個(gè) 上下貫穿的介質(zhì)通孔5,且這些介質(zhì)通孔呈正方形均勻排布;在第一介質(zhì)基板1的上表面印 制有第一輻射貼片3,其下表面印制有第二輻射貼片4,在第二介質(zhì)基板2的下表面印制有第 一福射貼片3,第一福射貼片3和第二福射貼片4分別由一個(gè)或兩個(gè)方環(huán)和一個(gè)正方形貼片 組成，該正方形貼片的中心位置蝕刻有星形縫隙，用于提高角度穩(wěn)定性;第一介質(zhì)基板1和 第二介質(zhì)基板2形成上下層疊結(jié)構(gòu)，用于提升選擇性。
[0009] 上述選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，第一介質(zhì)基板1和第二介質(zhì)基板2均采 用正方形板材，其邊長(zhǎng)D = 5 · 3謹(jǐn)~5 · 6謹(jǐn)，厚度H= 1 · 5謹(jǐn)~2謹(jǐn)。
[0010] 上述選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，多個(gè)介質(zhì)通孔5形成正方形的對(duì)角線 與第一介質(zhì)基板1和第二介質(zhì)基板2表面的對(duì)角線重合；介質(zhì)通孔5的半徑RO = O . Imm~ 0.2mm，相鄰兩個(gè)介質(zhì)通孔中心之間的距離RS = O. 5mm~0.7mm。
[0011] 上述選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，第一輻射貼片3由從外向內(nèi)依次排布 的第一方環(huán)31、第二方環(huán)32和第一方形貼片33組成，在第一方形貼片33的中心位置蝕刻有 第一正四角星縫隙34 ;第一方環(huán)31的外邊長(zhǎng)Ml = 5.5mm~5.7mm，內(nèi)邊長(zhǎng)Sl = 5.2mm~ 5.4mm,;第二方環(huán)32的外邊長(zhǎng)A = 2.4mm~2.6mm，內(nèi)邊長(zhǎng)Β = 2· Imm~2.3mm;第一方形貼片33 的邊長(zhǎng)C= 1.8mm~2mm，第一正四角星縫隙34的對(duì)角線長(zhǎng)Hl = 2.3mm~2.6mm，角度Θ = 40°~ 45。。
[0012] 上述選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，第一方環(huán)31、第二方環(huán)32和第一方形 貼片33的對(duì)角線均與第一介質(zhì)基板1上表面的對(duì)角線重合。
[0013] 上述選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，第一正四角星縫隙34對(duì)角線與第一方 形貼片33對(duì)角線重合。
[0014]上述選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，第二輻射貼片4由第三方環(huán)41和位于 其內(nèi)的第二方形貼片42組成，在第二方形貼片42的中心位置蝕刻有第二正四角星縫隙43; 第三方環(huán)41的外邊長(zhǎng)M2 = 5.5mm~5.7mm，內(nèi)邊長(zhǎng)S2 = 5.2mm~5.4mm;第二方形貼片的邊長(zhǎng)P =2.8mm~3. Imm，第二正四角星縫隙43的對(duì)角線長(zhǎng)H2 = 3.4mm~3.7mm，角度(6) = 45° ~ 50° β
[0015] 上述選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，第三方環(huán)41和第二方形貼片42的對(duì)角 線均與第一介質(zhì)基板1下表面的對(duì)角線重合。
[0016] 上述選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，第二正四角星縫隙43對(duì)角線與第二方 形貼片42對(duì)角線重合。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 1、本發(fā)明的無(wú)源諧振單元由于采用由兩層介質(zhì)基板形成的上下層疊結(jié)構(gòu)，在第一 介質(zhì)基板的上表面和第二介質(zhì)基板的下表面均印制有第一輻射貼片，在第一介質(zhì)基板的下 表面印制有第二輻射貼片，其中第一輻射貼片由兩個(gè)方環(huán)、一個(gè)中心位置蝕刻有星形縫隙 的正方形貼片組成，第二輻射貼片由一個(gè)方環(huán)、一個(gè)中心位置蝕刻有星形縫隙的正方形貼 片組成;通過(guò)多個(gè)無(wú)源諧振單元的二維周期陣列排布，實(shí)現(xiàn)了輻射貼片之間及多個(gè)方環(huán)與 正方形貼片之間的相互耦合，提高了頻率選擇表面等效電路的Q值，與現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)使用基 片集成波導(dǎo)技術(shù)形成諧振腔的結(jié)構(gòu)相比，有效提高了頻率選擇表面的選擇性，同時(shí)由于在 正方形貼片設(shè)置的星形縫隙，可以使得在入射波為斜入射狀態(tài)時(shí)保證通帶特性。
[0019] 2、本發(fā)明與基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的頻率選擇表面相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以降低頻 率選擇表現(xiàn)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成本；
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是無(wú)源諧振單元整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是第一輻射貼片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是第二輻射貼片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的S21示意圖；
[0025] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例1的S21的角度穩(wěn)定性示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述：
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明由MXN個(gè)無(wú)源諧振單元周期排列而成，其中M2 3，N2 3。
[0029] 參照?qǐng)D2,無(wú)源諧振單元包括第一介質(zhì)基板1、第二介質(zhì)基板2、第一輻射貼片3、第 二輻射貼片4以及介質(zhì)通孔5;其中第一介質(zhì)基板1與第二介質(zhì)基板2上下形成層疊結(jié)構(gòu)，通 過(guò)兩層介質(zhì)基板的層疊結(jié)構(gòu)，可以提高所形成的頻率選擇表面等效電路的Q值，以此來(lái)提高 頻率選擇表面的選擇性;第一介質(zhì)基板1與第二介質(zhì)基板2均設(shè)置有上下貫穿的多個(gè)介質(zhì)通 孔5，用于提升所形成的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的選擇性;這些介質(zhì)通孔5呈正方形排布，其對(duì)角 線與兩個(gè)介質(zhì)基板表面的對(duì)角線重合，由于正方形排布的對(duì)稱性可以保證對(duì)于入射波的極 化穩(wěn)定性;本實(shí)施例中正方形排布的介質(zhì)通孔5每邊的數(shù)量為九個(gè)，介質(zhì)通孔5的半徑尺寸 RO = O. 1mm，相鄰兩個(gè)介質(zhì)通孔5中心之間的距離RS = O. 5mm;第一介質(zhì)基板1的上表面和下 表面分別印制有第一輻射貼片3和第二輻射貼片4,第二介質(zhì)基板2的下表面印制有第一輻 射貼片3,通過(guò)輻射貼片的相互之間的耦合作用進(jìn)一步提升所形成的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的 選擇性；第一介質(zhì)基板1、第二介質(zhì)基板2均采用材料為Krempel Akaflex KCL的