一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，由N×M個(gè)諧振單元構(gòu)成，所述諧振單元包括兩層平行放置的介質(zhì)基板，所述每層介質(zhì)基板的上、下表面分別設(shè)置一層環(huán)形縫隙貼片，所述環(huán)形縫隙貼片結(jié)構(gòu)具體是在FSS環(huán)形貼片的內(nèi)環(huán)四個(gè)邊的中點(diǎn)分別設(shè)置矩形縫隙，所述矩形縫隙關(guān)于內(nèi)環(huán)邊中點(diǎn)對(duì)稱。本發(fā)明采用四層環(huán)形縫隙貼片，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)帶阻濾波器的級(jí)聯(lián)，使其帶阻性能更加地優(yōu)越，帶寬更寬。
【專利說(shuō)明】一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空間濾波器，特別涉及一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表 面結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 頻率選擇表面（Frequency selective surface, FSS)是由周期性排列的金屬貼 片單元，或是由金屬屏上周期性的開(kāi)孔單元構(gòu)成的一種二維周期陣列結(jié)構(gòu)，可以用作空間 濾波器，與電磁波相互作用表現(xiàn)出帶通或帶阻特性。頻率選擇表面在電磁領(lǐng)域的多個(gè)方面 有著廣泛的應(yīng)用，它涵蓋了大部分的電磁波譜，包括微波，毫米波，甚至紅外波段。在軍用 方面，F(xiàn)SS主要用在隱身方面，如雷達(dá)罩，通過(guò)安裝頻率選擇表面減少雷達(dá)散射截面積。軍 用飛行器的隱身性能已成為衡量其作戰(zhàn)效能的一個(gè)重要指標(biāo)，通過(guò)FSS技術(shù)合理設(shè)計(jì)雷達(dá) 罩，可以使雷達(dá)的工作頻率內(nèi)，雷達(dá)罩對(duì)它是透明或者接近透明的，但是卻能夠抑制工作頻 率之外的電磁波，減少飛行器的電磁散射，還能夠降低外在干擾。在民用方面，如吸波材料， 就應(yīng)用在安全防護(hù)、抗電磁波干擾、微波暗室、信息保密和電磁兼容等等各個(gè)方面；衛(wèi)星通 訊的分頻復(fù)用系統(tǒng)，頻率選擇表面經(jīng)常被用作反射面天線的反射器，選擇適當(dāng)?shù)馁N片（或 孔隙）單元，使它的頻率特性滿足對(duì)于反饋源1來(lái)說(shuō)，能夠完全或者接近完全傳輸，對(duì)反饋 源2來(lái)說(shuō)，能夠完全或者接近完全反射，這樣就實(shí)現(xiàn)了反射面天線的分頻復(fù)用；FSS還可以 用做反射器，提高天線的增益，減少前后比，改善天線的性能。
[0003] 從20世紀(jì)開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)FSS已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究。目前FSS主要有環(huán)形， 圓形，十字形，矩形貼片等，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振頻率電磁波的完全反射，這些基本單元由于形 狀簡(jiǎn)單，所以其控制參數(shù)比較少，不能很好的滿足實(shí)際要求，比如，帶寬窄、頻率響應(yīng)曲線斜 率小、穩(wěn)定性差等，雖然可以使用加載電容和增加電長(zhǎng)度的方法實(shí)現(xiàn)雙阻帶頻率選擇表面， 達(dá)到多頻寬帶的要求，但是這種方法增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。由于FSS主要受單元的形狀，尺 寸，周期，貼片的層數(shù)以及介質(zhì)基板的參數(shù)影響。因此現(xiàn)在FSS發(fā)展的趨勢(shì)是使用通過(guò)設(shè)計(jì) 更加新型的結(jié)構(gòu)單元，比如設(shè)計(jì)復(fù)合式FSS結(jié)構(gòu)、將薄屏改為厚屏、単層向雙層或多層FSS 結(jié)構(gòu)擴(kuò)展、加載介質(zhì)等，來(lái)實(shí)現(xiàn)FSS寬帶化，小型化，穩(wěn)定性好以及反射性能更優(yōu)越等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的 頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，本發(fā)明安裝在超寬帶天線的下面，兩者之間存在一定的空間距離，增大 天線的增益及前后比，改善天線的性能。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，由NXM個(gè)諧振單元構(gòu)成，所述 諧振單元包括兩層平行放置的介質(zhì)基板，所述每層介質(zhì)基板的上、下表面分別設(shè)置一層環(huán) 形縫隙貼片。
[0007] 所述環(huán)形縫隙貼片具體是在FSS環(huán)形貼片的內(nèi)環(huán)四個(gè)邊的中點(diǎn)分別設(shè)置矩形縫 隙，所述矩形縫隙關(guān)于內(nèi)環(huán)邊中點(diǎn)對(duì)稱。
[0008] 所述兩層平行放置的介質(zhì)基板相隔距離為中心頻率波長(zhǎng)的四分之一。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：
[0010] (1)巧妙地在FSS環(huán)形貼片的四周增加縫隙，得到環(huán)形縫隙貼片，將單純的貼片 電感改為電感與電容的并聯(lián)，增加了頻率選擇表面的設(shè)計(jì)靈活性，能夠更好地達(dá)到頻率要 求；
[0011] (2)采用四層環(huán)形縫隙貼片，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)帶阻濾波器的級(jí)聯(lián)，使其帶阻性能更加地 優(yōu)越，帶寬更寬；
[0012] (3)FSS可以作為超寬帶天線的反射板，改善其定向輻射性能，增大前后比。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0014] 圖2是圖1中環(huán)形縫隙貼片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是環(huán)形縫隙貼片與環(huán)形縫隙貼片連接的等效電路圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的等效電路圖；
[0017] 圖5是按照實(shí)施例尺寸制作的環(huán)形縫隙貼片頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的仿真示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。
[0019] 實(shí)施例
[0020] 一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，可以放置在超寬帶天線的下 方，由NXM個(gè)諧振單元構(gòu)成，如圖1所示，所述諧振單元包括兩層相隔一定距離，且平行放 置的介質(zhì)基板，兩層介質(zhì)基板的距離3會(huì)影響頻率選擇表面的帶阻性能，本實(shí)施例中兩層 介質(zhì)基板的距離為中心頻率11GHz波長(zhǎng)的四分之一，具體為8_。
[0021] 為了提高頻率選擇表面FSS的帶阻性能以及增加帶寬，在每層介質(zhì)基板的上、下 表面分別設(shè)置一層環(huán)形縫隙貼片，具體為：上層介質(zhì)基板1的上、下表面分別設(shè)置第一層環(huán) 形縫隙貼片4及第二層環(huán)形縫隙貼片5,下層介質(zhì)基板2的上、下表面分別設(shè)置第三層環(huán)形 縫隙貼片6及第四層環(huán)形縫隙貼片7。
[0022] 如圖2所示，所述環(huán)形縫隙貼片具體是在FSS環(huán)形貼片的內(nèi)環(huán)四個(gè)邊的中點(diǎn)分別 設(shè)置矩形縫隙，所述矩形縫隙關(guān)于每邊中點(diǎn)對(duì)稱；
[0023] 環(huán)形縫隙貼片的尺寸大約為中心頻率波長(zhǎng)的四分之一，F(xiàn)SS環(huán)形貼片是關(guān)于中心 對(duì)稱的，本實(shí)施例的環(huán)形縫隙貼片的外邊長(zhǎng)為b = 14_，內(nèi)邊長(zhǎng)為c = 6_，單位為毫米。
[0024] 矩形縫隙的長(zhǎng)寬影響著帶阻性能，本實(shí)施例的矩形縫隙的長(zhǎng)度為d = 1. 5mm，寬度 為e = 2mm，單位為毫米。
[0025] 所述諧振單元為正方形，邊長(zhǎng)為a = 15mm。
[0026] 本發(fā)明的介質(zhì)基板材料為FR4,介電常數(shù)為4. 4,介電損耗為0. 02。
[0027] 如圖3所示，所述環(huán)形縫隙貼片與環(huán)形縫隙貼片之間的相隔間隙形成電容，每層 環(huán)形縫隙貼片構(gòu)成電感和電容的并聯(lián)，形成一種濾波器結(jié)構(gòu)。
[0028] 所述上、下介質(zhì)基板形成短路傳輸線，其電路阻抗為空氣阻抗除以介電常數(shù)的根 次方，所述兩層介質(zhì)基板之外的空間形成短路傳輸線，其電路阻抗為空氣阻抗。
[0029] 如圖4所示，所述第一層環(huán)形縫隙貼片等效為電容電感電路8,所述第二層環(huán)形縫 隙貼片等效為電容電感電路9,所述第三層環(huán)形縫隙貼片等效為電容電感電路10,所述第 四層貼片等效為電容電感電路11，四層環(huán)形貼片形成四級(jí)等效電容電感電路的級(jí)聯(lián)，Z Q為 空氣阻抗，Zi為介質(zhì)基板的阻抗，d為介質(zhì)板的厚度。
[0030] 如圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例尺寸制成的環(huán)形縫隙貼片頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的仿真 圖形，帶寬為2. 7-13. 2GHz，帶阻性能優(yōu)越。
[0031] 本發(fā)明采用多層環(huán)形縫隙貼片來(lái)改善頻率選擇表面的性能，采用環(huán)形縫隙貼片來(lái) 實(shí)現(xiàn)單級(jí)等效電容電感電路，實(shí)現(xiàn)帶阻性能，采用多層環(huán)形貼片形成多級(jí)等效電容電感電 路級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)頻率選擇表面優(yōu)越的帶阻性能以及超寬帶。
[0032] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，由NXM個(gè)諧振單元構(gòu)成，其特征 在于，所述諧振單元包括兩層平行放置的介質(zhì)基板，所述每層介質(zhì)基板的上、下表面分別設(shè) 置一層環(huán)形縫隙貼片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述環(huán)形縫隙貼片具體是在FSS環(huán)形貼片的內(nèi)環(huán)四個(gè)邊的中點(diǎn)分別設(shè)置矩形縫隙，所 述矩形縫隙關(guān)于內(nèi)環(huán)邊中點(diǎn)對(duì)稱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多層環(huán)形縫隙貼片的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，其特征在 于，兩層平行放置的介質(zhì)基板相隔距離為中心頻率波長(zhǎng)的四分之一。
【文檔編號(hào)】H01P1/20GK104092010SQ201410262136
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】黃惠芬, 張少芳 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)