一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構，由N×M個諧振單元構成，所述諧振單元包括兩層平行放置的介質基板，所述每層介質基板的上、下表面分別設置一層環形縫隙貼片，所述環形縫隙貼片結構具體是在FSS環形貼片的內環四個邊的中點分別設置矩形縫隙，所述矩形縫隙關于內環邊中點對稱。本實用新型采用四層環形縫隙貼片，實現了多級帶阻濾波器的級聯，使其帶阻性能更加地優越，帶寬更寬。
【專利說明】一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種空間濾波器，特別涉及一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構。
【背景技術】
[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孔單元構成的一種二維周期陣列結構，可以用作空間濾波器，與電磁波相互作用表現出帶通或帶阻特性。頻率選擇表面在電磁領域的多個方面有著廣泛的應用，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，FSS主要用在隱身方面，如雷達罩，通過安裝頻率選擇表面減少雷達散射截面積。軍用飛行器的隱身性能已成為衡量其作戰效能的一個重要指標，通過FSS技術合理設計雷達罩，可以使雷達的工作頻率內，雷達罩對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，就應用在安全防護、抗電磁波干擾、微波暗室、信息保密和電磁兼容等等各個方面；衛星通訊的分頻復用系統，頻率選擇表面經常被用作反射面天線的反射器，選擇適當的貼片(或孔隙)單元，使它的頻率特性滿足對于反饋源I來說，能夠完全或者接近完全傳輸，對反饋源2來說，能夠完全或者接近完全反射，這樣就實現了反射面天線的分頻復用；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世紀開始，國內外學者對FSS已經進行了深入的研究。目前FSS主要有環形，圓形，十字形，矩形貼片等，主要實現對諧振頻率電磁波的完全反射，這些基本單元由于形狀簡單，所以其控制參數比較少，不能很好的滿足實際要求，比如，帶寬窄、頻率響應曲線斜率小、穩定性差等，雖然可以使用加載電容和增加電長度的方法實現雙阻帶頻率選擇表面，達到多頻寬帶的要求，但是這種方法增加了結構的復雜性。由于FSS主要受單元的形狀，尺寸，周期，貼片的層數以及介質基板的參數影響。因此現在FSS發展的趨勢是使用通過設計更加新型的結構單元，比如設計復合式FSS結構、將薄屏改為厚屏、単層向雙層或多層FSS結構擴展、加載介質等，來實現FSS寬帶化，小型化，穩定性好以及反射性能更優越等。
實用新型內容
[0004]為了克服現有技術存在的缺點與不足，本實用新型提供一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構，本實用新型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]本實用新型采用如下技術方案:
[0006]一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構，由NXM個諧振單元構成，所述諧振單元包括兩層平行放置的介質基板，所述每層介質基板的上、下表面分別設置一層環形縫隙貼片。
[0007]所述環形縫隙貼片具體是在FSS環形貼片的內環四個邊的中點分別設置矩形縫隙，所述矩形縫隙關于內環邊中點對稱。
[0008]所述兩層平行放置的介質基板相隔距離為中心頻率波長的四分之一。
[0009]本實用新型的有益效果:
[0010](I)巧妙地在FSS環形貼片的四周增加縫隙，得到環形縫隙貼片，將單純的貼片電感改為電感與電容的并聯，增加了頻率選擇表面的設計靈活性，能夠更好地達到頻率要求；
[0011](2)采用四層環形縫隙貼片，實現了多級帶阻濾波器的級聯，使其帶阻性能更加地優越，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】
【附圖說明】
[0013]圖1是一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構的示意圖；
[0014]圖2是圖1中環形縫隙貼片的結構示意圖；
[0015]圖3是環形縫隙貼片與環形縫隙貼片連接的等效電路圖；
[0016]圖4是本實用新型一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構的等效電路圖；
[0017]圖5是按照實施例尺寸制作的環形縫隙貼片頻率選擇表面結構的仿真示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0019]實施例
[0020]一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構，可以放置在超寬帶天線的下方，由NXM個諧振單元構成，如圖1所示，所述諧振單元包括兩層相隔一定距離，且平行放置的介質基板，兩層介質基板的距離3會影響頻率選擇表面的帶阻性能，本實施例中兩層介質基板的距離為中心頻率IlGHz波長的四分之一，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，在每層介質基板的上、下表面分別設置一層環形縫隙貼片，具體為:上層介質基板I的上、下表面分別設置第一層環形縫隙貼片4及第二層環形縫隙貼片5，下層介質基板2的上、下表面分別設置第三層環形縫隙貼片6及第四層環形縫隙貼片7。
[0022]如圖2所示，所述環形縫隙貼片具體是在FSS環形貼片的內環四個邊的中點分別設置矩形縫隙，所述矩形縫隙關于每邊中點對稱；
[0023]環形縫隙貼片的尺寸大約為中心頻率波長的四分之一，FSS環形貼片是關于中心對稱的，本實施例的環形縫隙貼片的外邊長為b = 14mm,內邊長為c = 6mm,單位為毫米。
[0024]矩形縫隙的長寬影響著帶阻性能，本實施例的矩形縫隙的長度為d = 1.5mm,寬度為e = 2mm,單位為毫米。
[0025]所述諧振單元為正方形，邊長為a = 15mm。
[0026]本實用新型的介質基板材料為FR4，介電常數為4.4，介電損耗為0.02。
[0027]如圖3所示，所述環形縫隙貼片與環形縫隙貼片之間的相隔間隙形成電容，每層環形縫隙貼片構成電感和電容的并聯，形成一種濾波器結構。
[0028]所述上、下介質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的根次方，所述兩層介質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，所述第一層環形縫隙貼片等效為電容電感電路8，所述第二層環形縫隙貼片等效為電容電感電路9，所述第三層環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11，四層環形貼片形成四級等效電容電感電路的級聯，Ztl為空氣阻抗，Z1為介質基板的阻抗，d為介質板的厚度。
[0030]如圖5所示為本實用新型實施例尺寸制成的環形縫隙貼片頻率選擇表面結構的仿真圖形，帶寬為2.7-13.2GHz,帶阻性能優越。
[0031]本實用新型采用多層環形縫隙貼片來改善頻率選擇表面的性能，采用環形縫隙貼片來實現單級等效電容電感電路，實現帶阻性能，采用多層環形貼片形成多級等效電容電感電路級聯，實現頻率選擇表面優越的帶阻性能以及超寬帶。
[0032]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構，由NXM個諧振單元構成，其特征在于，所述諧振單元包括兩層平行放置的介質基板，所述每層介質基板的上、下表面分別設置一層環形縫隙貼片。
2.根據權利要求1所述的一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構，其特征在于，所述環形縫隙貼片具體是在FSS環形貼片的內環四個邊的中點分別設置矩形縫隙，所述矩形縫隙關于內環邊中點對稱。
3.根據權利要求1所述的一種基于多層環形縫隙貼片的頻率選擇表面結構，其特征在于，兩層平行放置的介質基板相隔距離為中心頻率波長的四分之一。
【文檔編號】H01Q1/38GK203942018SQ201420314135
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】黃惠芬, 張少芳 申請人:華南理工大學