專利名稱：一種單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁兼容性領(lǐng)域，具體涉及一種單元尺寸小型化的低頻頻率選擇表
背景技術(shù)：
目前，對于工作頻段較低(300MHz IGHz)的電子設(shè)備而言，研制相應(yīng)通帶頻率選擇表面天線罩難度較大，主要有如下方面的原因首先由FSS的工作原理可知，其單元周長近似與電磁波自由空間波長成正比。低諧振頻率FSS的周期單元的尺寸會(huì)很大。以諧振頻率為300MHz的FSS而言，其電磁波的自由空間波長約為1000mm，周期單元的變長約為 250mm量級，幾乎與設(shè)備天線尺寸量級相同，使用這種周期單元制作的頻率選擇表面面積非常大，安裝困難且成本昂貴。另外，由于單元周期大，當(dāng)電磁波斜入射到頻率選擇表面上時(shí)， FSS的通帶頻率將出現(xiàn)明顯變化并出現(xiàn)柵瓣，其通帶性能較差。目前已經(jīng)有頻率選擇表面通過對單元內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行折疊達(dá)到減小頻率選表面周期單元尺寸的目的，但是由于其仍然通過單導(dǎo)電層內(nèi)不同導(dǎo)電片邊緣之間的邊一邊耦合產(chǎn)生電容，該分布電容較小，使用該方法后，300MHz IGHz頻率選擇表面的單元尺寸仍很大。而加載集總電容器件雖然可以明顯減小頻率選擇表面的單元尺寸，但是集總電容器件性能參數(shù)會(huì)隨著環(huán)境溫度、濕度的變化而出現(xiàn)明顯變化，進(jìn)而使得頻率選擇表面的通帶特性發(fā)生明顯改變。另外集總電容器件在強(qiáng)電磁場的作用下壽命會(huì)明顯縮短，不適合作為電子設(shè)備的天線罩、反射面等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種單元尺寸小型化的低頻頻率選擇表面，在相同的周期單元尺寸時(shí)能夠達(dá)到更低的諧振頻率，所述的低頻為300MHz 1GHz。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面，其特征在于它包括一塊PCB板，PCB板的正面設(shè)有上導(dǎo)電層，背面設(shè)有下導(dǎo)電層；上導(dǎo)電層由上周期單元周期排布構(gòu)成，下導(dǎo)電層由下周期單元周期排布構(gòu)成，其中上下周期單元設(shè)有上下對齊的導(dǎo)電片，導(dǎo)電片之間面-面耦合形成較大的分布電容以降低頻率選擇表面的諧振頻率；上周期單元個(gè)數(shù)大于20*20個(gè)，下周期單元與上周期單元對應(yīng)。按上述方案，所述的上周期單元包括銅箔方框以及框內(nèi)圍成田字形的4塊正方形導(dǎo)電片，相鄰的導(dǎo)電片之間、導(dǎo)電片與銅箔方框之間均設(shè)有細(xì)縫；所述的下周期單元包括圍成田字形的4塊正方形導(dǎo)電片，與上周期單元對應(yīng)的導(dǎo)電片對齊，在田字形的四個(gè)角各連接有1個(gè)連接片。按上述方案，相鄰的導(dǎo)電片之間加載一個(gè)集總參數(shù)電感進(jìn)一步降低頻率選擇表面的諧振頻率。按上述方案，所述的集總參數(shù)電感加載在上導(dǎo)電層相鄰正方形導(dǎo)電片邊緣的兩中點(diǎn)之間。按上述方案，所述的PCB板厚度為0. 5 2mm，介電常數(shù)小于10。按上述方案，所述的正方形導(dǎo)電片的邊長為10 30mm，相鄰正方形導(dǎo)電片之間的細(xì)縫寬度為2 400mil。按上述方案，所述的集總參數(shù)電感的電感量為IOnH 200nH。本發(fā)明的有益效果為1、本發(fā)明對電磁波的極化特性不敏感，不同極化的電磁波(TE波和TM波)的通帶特性基本相同。2、由于采用導(dǎo)電片之間的面-面耦合形成較大電容，比傳統(tǒng)頻率選擇表面通過導(dǎo)電片之間的邊-邊耦合形成的分布電容大得多，在相同的周期單元尺寸情況下，本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)能夠達(dá)到更低的諧振頻率。3、本發(fā)明未加載集總參數(shù)電容，適用范圍更廣，避免在環(huán)境有所變化時(shí)(例如溫度變化、濕度變化等)電容值出現(xiàn)較明顯變化，進(jìn)而使得頻率選擇表面的通帶特性發(fā)生明顯改變。


圖1為上周期單元示意圖。圖2為下周期單元示意圖。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的S參數(shù)模擬仿真結(jié)果。圖中1、正方形導(dǎo)電片；2、銅箔方框；3、細(xì)縫；4、集總參數(shù)電感；5、連接片。
具體實(shí)施例方式單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面包括一塊PCB板，PCB板厚度為0. 5 2mm，介電常數(shù)小于10。PCB板的正面設(shè)有上導(dǎo)電層，背面設(shè)有下導(dǎo)電層；上導(dǎo)電層由上周期單元周期排布構(gòu)成，下導(dǎo)電層由下周期單元周期排布構(gòu)成。上周期單元個(gè)數(shù)大于20*20個(gè)，下周期單元與上周期單元對應(yīng)。圖1為上周期單元示意圖，上周期單元包括銅箔方框2以及框內(nèi)圍成田字形的4 塊正方形導(dǎo)電片1，相鄰的導(dǎo)電片之間、導(dǎo)電片與銅箔方框之間均設(shè)有細(xì)縫3 ；相鄰的導(dǎo)電片之間加載一個(gè)集總參數(shù)電感4。集總參數(shù)電感加載在上導(dǎo)電層相鄰正方形導(dǎo)電片邊緣的兩中點(diǎn)之間，每個(gè)集總參數(shù)電感的電感量為IOnH 200nH。正方形導(dǎo)電片1的邊長為10 30mm，相鄰正方形導(dǎo)電片之間的細(xì)縫3寬度為2 lOOmil。圖2為下周期單元示意圖，下周期單元包括圍成田字形的4塊正方形導(dǎo)電片1，與上周期單元對應(yīng)的導(dǎo)電片對齊，在田字形的四個(gè)角各連接有1個(gè)連接片5，連接片5起連接和導(dǎo)通的作用。制作時(shí)，采用高精度的PCB制作工藝(anil線寬/線徑)，PCB板正反兩面覆銅，采用自動(dòng)焊接工藝，將小封裝體積的高精度集總參數(shù)電感自動(dòng)焊接到上述PCB板正面上導(dǎo)電層相鄰正方形導(dǎo)電片之間。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的S參數(shù)模擬仿真結(jié)果，取正方形導(dǎo)電片1的邊長為13mm， 兩方形導(dǎo)電片之間的縫隙為30mil，PCB板基材厚度1.5mm，集總參數(shù)電感4的電感量為60nH,(由于圖3為仿真結(jié)果，仿真結(jié)果假設(shè)周期單元個(gè)數(shù)為無窮大，但是基本上能夠仿真得到30個(gè)單元左右周期表面的性能)，從圖中可以看出，在采用邊長為13mm周期單元的條件下，該頻率選擇表面的諧振頻率可低至400MHz左右，單元尺寸僅等于λ/58，λ為諧振頻率電磁波自由空間波長。
權(quán)利要求
1.一種單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面，其特征在于它包括一塊PCB板，PCB板的正面設(shè)有上導(dǎo)電層，背面設(shè)有下導(dǎo)電層；上導(dǎo)電層由上周期單元周期排布構(gòu)成，下導(dǎo)電層由下周期單元周期排布構(gòu)成，其中上下周期單元設(shè)有上下對齊的導(dǎo)電片，導(dǎo)電片之間面-面耦合形成較大的分布電容以降低頻率選擇表面的諧振頻率；上周期單元個(gè)數(shù)大于20*20個(gè)，下周期單元與上周期單元對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面，其特征在于所述的上周期單元包括銅箔方框以及框內(nèi)圍成田字形的4塊正方形導(dǎo)電片，相鄰的導(dǎo)電片之間、導(dǎo)電片與銅箔方框之間均設(shè)有細(xì)縫；所述的下周期單元包括圍成田字形的4塊正方形導(dǎo)電片，與上周期單元對應(yīng)的導(dǎo)電片對齊，在田字形的四個(gè)角各連接有1個(gè)連接片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面，其特征在于相鄰的導(dǎo)電片之間加載一個(gè)集總參數(shù)電感進(jìn)一步降低頻率選擇表面的諧振頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面，其特征在于所述的集總參數(shù)電感加載在上導(dǎo)電層相鄰正方形導(dǎo)電片邊緣的兩中點(diǎn)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面，其特征在于所述的PCB 板厚度為0. 5 2mm，介電常數(shù)小于10。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面，其特征在于所述的正方形導(dǎo)電片的邊長為10 30mm，相鄰正方形導(dǎo)電片之間的細(xì)縫寬度為2 400mil。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單元尺寸小型化低頻頻率選擇表面，其特征在于所述的集總參數(shù)電感的電感量為IOnH 200nH。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單元尺寸小型化的低頻頻率選擇表面，它包括一塊PCB板，PCB板的正面設(shè)有上導(dǎo)電層，背面設(shè)有下導(dǎo)電層；上導(dǎo)電層由上周期單元周期排布構(gòu)成，下導(dǎo)電層由下周期單元周期排布構(gòu)成，其中上下周期單元設(shè)有上下對齊的導(dǎo)電片，導(dǎo)電片之間面-面耦合形成較大的分布電容以降低頻率選擇表面的諧振頻率；上周期單元個(gè)數(shù)大于20*20個(gè)，下周期單元與上周期單元對應(yīng)。本發(fā)明頻率選擇表面上下導(dǎo)電層內(nèi)存在上下對齊的導(dǎo)電片，通過導(dǎo)電片之間的面-面耦合形成較大的分布電容，明顯降低了頻率選擇表面的諧振頻率。本發(fā)明對電磁波的極化特性不敏感，不同極化的電磁波(TE波和TM波)的通帶特性基本相同。
文檔編號H01P1/20GK102569953SQ20111044388
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者丁錦超, 吳曉光, 方重華, 易學(xué)勤, 鄧峰, 鄭生全 申請人:中國艦船研究設(shè)計(jì)中心