專利名稱：一種424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，特別涉及一種424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面。
背景技術(shù)：
頻率選擇表面(Frequency Selective Surfaces, FSS)是一種具有頻率選擇特性的二維周期結(jié)構(gòu)。作為一種新型的空間濾波器，由于其在毫米波段及亞毫米波段具有比傳統(tǒng)濾波器更多的優(yōu)點(diǎn)，因而在軍事和民用領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)SS已經(jīng)成為近些年的一個(gè)研究熱點(diǎn)。隨著微波遙感技術(shù)的進(jìn)步，毫米波亞毫米波星載探測(cè)系統(tǒng)已成為一個(gè)主流趨勢(shì)，其工作頻率正向太赫茲方向發(fā)展，通過(guò)使用頻率選擇表面，可以實(shí)現(xiàn)多頻段復(fù)用，因而頻率 選擇表面成為準(zhǔn)光學(xué)分頻網(wǎng)絡(luò)中的核心部件之一。用于準(zhǔn)光學(xué)分頻網(wǎng)絡(luò)中的頻率選擇表面應(yīng)當(dāng)滿足以下技術(shù)要求I、入射角固定根據(jù)分頻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求，入射波的入射角限制為45°，這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)考慮這一因素，以實(shí)現(xiàn)最佳選頻特性。2、低損耗頻率選擇表面的損耗來(lái)源較多，有熱損耗、插入損耗、柵瓣損耗等，因此在設(shè)計(jì)中要綜合考慮周期圖案單元的尺寸、形狀及介質(zhì)層的特性，以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的帶寬、工作頻率、透射系數(shù)和反射系數(shù)。3、極化穩(wěn)定性頻率選擇表面在不同極化波的激勵(lì)下，應(yīng)具有穩(wěn)定的工作特性。頻率選擇表面的工作頻率與尺寸有關(guān)，工作頻率越高，尺寸越小。此外，頻率選擇表面的工作頻率還與其形狀有關(guān)。特定工作頻率下的頻率選擇表面具有特定的形狀?，F(xiàn)有技術(shù)中的頻率選擇表面具有較低的工作頻率，如54GHz、150GHz等。424GHz是典型的氧氣吸收峰頻率，在亞毫米波大氣被動(dòng)探測(cè)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有技術(shù)中尚不存在工作頻率為424G Hz的頻率選擇表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中不存在工作頻率為424G Hz的頻率選擇表面的缺陷，從而提供一種424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面，其工作頻帶為414-434GHZ，包括有多行，每一行包括多個(gè)周期單元；各行中的周期單元以相同的方式放置，行與行之間的周期單元交錯(cuò)排布，任一周期單元與其所在行的相鄰行的緊鄰的兩個(gè)周期單元成60°排布；所述周期單元成正方形，其邊長(zhǎng)在160 — ISOum之間；所述周期單元包括金屬層與硅材料層，所述金屬層覆蓋于所述硅材料層的上方；所述金屬層的厚度在4-12um之間，所述硅材料層的厚度在350-420um之間；所述金屬層整體成平板型，它包括單個(gè)偶極子與兩個(gè)圓形孔徑，所述偶極子成槽型，位于所述金屬層的中心位置，其長(zhǎng)度為中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/7-1/6，寬度為中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/24-1/20之間；所述兩個(gè)圓形孔徑分別位于所述偶極子的兩側(cè)；所述圓形孔徑的直徑與偶極子縫隙的寬度比為1:1. 2 ;所述金屬層采用鍍金材料實(shí)現(xiàn)；所述硅材料層整體成平板型，采用純硅材料制成，其相對(duì)介電常數(shù)在11以上，損耗角正切10_5-10_4。上述技術(shù)方案中，所述偶極子成矩形或倒角矩形。上述技術(shù)方案中，所述金屬層上的兩個(gè)圓形孔徑與偶極子三者左右呈等間距排列，兩個(gè)圓形孔徑上下呈居中排列。上述技術(shù)方案中，所述周期單元的邊長(zhǎng)為166um。上述技術(shù)方案中，所述周期單元的金屬層的厚度為lOum。 上述技術(shù)方案中，所述周期單元的硅材料層的厚度為190um。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工作頻帶寬，3dB帶寬達(dá)20GHz ;曲線特性陡峭，對(duì)帶外頻率的隔離度高，選擇性好；插入損耗小，濾波特性好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工；材料物理特性穩(wěn)定，在實(shí)際應(yīng)用中特性漂移小；中心頻率為424GHz，在亞毫米波大氣遙感應(yīng)用中前景好。


圖I是本發(fā)明的頻率選擇表面的周期單元的俯視圖；圖2是本發(fā)明的頻率選擇表面的周期單元的剖視圖；圖3是本發(fā)明的頻率選擇表面的排列方式示意圖；圖4是本發(fā)明的頻率選擇表面的功率傳輸特性曲線的示意圖；圖5是本發(fā)明的頻率選擇表面的相位特性曲線的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本發(fā)明的頻率選擇表面包括多個(gè)周期單元，每一周期單元具有相同的結(jié)構(gòu)。下面首先對(duì)周期單元的結(jié)構(gòu)加以描述。圖I為本發(fā)明的頻率選擇表面的周期單元的俯視圖，圖2為本發(fā)明的頻率選擇表面的周期單元的剖視圖。從圖I和圖2可以看出，所述的周期單元成正方形，其邊長(zhǎng)在160—180um之間,作為一種優(yōu)選方式,本實(shí)施例中的周期單元的邊長(zhǎng)為166um。所述周期單元包括金屬層與硅材料層，其中的金屬層覆蓋于所述的硅材料層的上方。所述金屬層的厚度在4-12um之間，作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)施例中的金屬層的厚度為lOum。所述硅材料層的厚度在350-420um之間，作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)施例中的硅材料層的厚度為190um。所述的金屬層采用單個(gè)偶極子兩側(cè)加載圓形孔徑的構(gòu)型，所述偶極子位于所述周期單元的中心位置，本實(shí)施例中，其形狀為矩形，在其他實(shí)施例中，其形狀也可以是倒角矩形。所述偶極子的長(zhǎng)度約為中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/7-1/6,寬度為中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/24-1/20，以提供穩(wěn)定的通帶和工作頻率。所述圓形孔徑位于所述偶極子的兩側(cè)，作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，兩個(gè)圓形孔徑與偶極子三者左右呈等間距排列，兩個(gè)圓形孔徑上下呈居中排列，圓形孔徑的直徑與偶極子縫隙的寬度比為1:1.2。所述金屬層可采用鍍金材料實(shí)現(xiàn)。所述的硅材料層采用純硅材料制成，其相對(duì)介電常數(shù)在11以上，損耗角正切10_5-10_4，保證頻率選擇表面的工作特性得到最大限度的優(yōu)化。以上是對(duì)本發(fā)明的頻率選擇表面的周期單元的描述。下面對(duì)所述周期單元的排布方式加以說(shuō)明。參考圖3，本發(fā)明的頻率選擇表面包括有多行，每一行中的周期單元都以相同的方式放置，行與行之間的周期單元交錯(cuò)排布，如某一周期單元左、右兩側(cè)的邊緣與相鄰行的周期單元的中心線對(duì)齊。這就使得一周期單元與其所在行的相鄰行的緊鄰的兩個(gè)周期單元成60°排布，S卩某一周期單元上邊緣的中心點(diǎn)、其下邊緣兩側(cè)的頂點(diǎn)、下一行中與該周期單元相鄰的兩個(gè)周期單元的上邊緣的中心點(diǎn)(共兩個(gè)點(diǎn))、下一行中與該周期單元相鄰的左邊的周期單元左側(cè)的頂點(diǎn)、下一行中與該周期單元相鄰的右邊的周期單元右側(cè)的頂點(diǎn)相連，形成一等邊三角形。本發(fā)明的頻率選擇表面具有良好的工作特性。圖4為本發(fā)明的頻率選擇表面的頻率響應(yīng)曲線，圖5為本發(fā)明的頻率選擇表面的相位特性曲線。從這兩個(gè)圖可以看出，本發(fā)明的頻率選擇表面在工作過(guò)程中，對(duì)45度入射的頻率為414-434GHZ的電磁全部透過(guò)，對(duì)工作頻段外的其他頻率的電磁波起到反射的作用。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面，其工作頻帶為414-434GHZ，其特征在于，包括有多行，每一行包括多個(gè)周期單元；各行中的周期單元以相同的方式放置，行與行之間的周期單元交錯(cuò)排布，任一周期單元與其所在行的相鄰行的緊鄰的兩個(gè)周期單元成60°排布； 所述周期單元成正方形，其邊長(zhǎng)在160 — ISOum之間；所述周期單元包括金屬層與硅材料層，所述金屬層覆蓋于所述硅材料層的上方；所述金屬層的厚度在4-12um之間，所述硅材料層的厚度在350-420um之間； 所述金屬層整體成平板型，它包括單個(gè)偶極子與兩個(gè)圓形孔徑，所述偶極子成槽型，位于所述金屬層的中心位置，其長(zhǎng)度為中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/7-1/6之間，寬度為中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/24-1/20之間；所述兩個(gè)圓形孔徑分別位于所述偶極子的兩側(cè)；所述圓形孔徑的直徑與偶極子縫隙的寬度比為1:1. 2 ;所述金屬層采用鍍金材料實(shí)現(xiàn)； 所述硅材料層整體成平板型，采用純硅材料制成，其相對(duì)介電常數(shù)在11以上，損耗角正切 10_5-10_4。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面，其特征在于，所述偶極子成矩形或倒角矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面，其特征在于，所述金屬層上的兩個(gè)圓形孔徑與偶極子三者左右呈等間距排列，兩個(gè)圓形孔徑上下呈居中排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面，其特征在于，所述周期單元的邊長(zhǎng)為166um。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面，其特征在于，所述周期單元的金屬層的厚度為10um。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面，其特征在于，所述周期單元的硅材料層的厚度為190um。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種424GHz準(zhǔn)光學(xué)頻率選擇表面，包括有多行，每一行包括多個(gè)周期單元；各行中的周期單元以相同的方式放置，行與行之間的周期單元交錯(cuò)排布，任一周期單元與其所在行的相鄰行的緊鄰的兩個(gè)周期單元成60°排布；周期單元成正方形，其邊長(zhǎng)在160-180um之間，包括金屬層與硅材料層，金屬層覆蓋于硅材料層的上方；金屬層的厚度在4-12um之間，硅材料層的厚度在350-420um之間；金屬層整體成平板型，包括單個(gè)偶極子與兩個(gè)圓形孔徑，偶極子成槽型，位于金屬層的中心位置；兩個(gè)圓形孔徑分別位于所述偶極子的兩側(cè)；硅材料層整體成平板型，采用純硅材料制成，其相對(duì)介電常數(shù)在11以上，損耗角正切10-5-10-4。
文檔編號(hào)H01P1/20GK102931456SQ201210372320
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者夏步剛, 張德海, 趙瑾, 孟進(jìn) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心