CN207183541U - 双边陡降带宽可调频率选择表面 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双边陡降带阻型频率选择表面，属于空间滤波技术领域。所述频率选择表面包括五层结构，自上而下依次为第一频率选择表面金属层、第一介质层、方环金属层、第二介质层和第二频率选择表面金属层，其中两层频率选择表面金属层和介质层相同且关于中间方环金属层对称；所述频率选择表面金属结构通过四根弯折的金属线连接方环四个角和三角形底边。本实用新型通过引入传输零点来实现频率响应为双边陡降的带通响应；该频率选择表面可以通过调节中间方环金属层的口径大小该改变传输零点的位置和通带的带宽。

Description

双边陡降带宽可调频率选择表面

技术领域

本实用新型属于微波滤波的技术领域，特别涉及一种双边陡降带宽可调的频率选择表面。

背景技术

频率选择表面(Frequency selective surface，FSS)是由大量规则排布的金属贴片单元或金属屏上周期排列的开孔缝隙单元构成，它的单元形状、单元的排布方式以及介质的电性能等等都会影响其频率选择的特性。频率选择表面会在单元谐振频率附近呈现反射或透射特性，其本质上就是一种空间滤波器，但不会吸收能量。

频率选择表面最主要应用之一就是利用带通型频率选择表面研制飞行器隐身雷达罩，其主要原理是将己方的雷达频段设计在频率选择表面的通带，将敌方雷达探测频段设计在频率选择表面的阻带，从而使己方制导天线自由发射和接收，而对于敌方探测雷达则利用雷达罩的低雷达散射截面积外形散射到四周空间，使探测方向回波大大减弱，从而提高飞行器隐身、抗干扰和突防性能。基于上述原理，理想的频率选择表面在通带具有较低的损耗，在通带外侧快速滚落进入阻带，且阻带透过率越低越好。为了实现上述性能，理论上的最佳设计方法采用多屏频率选择表面级联结构。但是，多屏频率选择表面结构由于需要填充作为阻抗变换器使用的介质层，且介质层厚度约为中心波长的四分之一，这导致整个频率选择表面结构厚度非常大，对于有限的空间往往不适应。同时，具有一定厚度的多层介质自身损耗会使通带性能恶化，同时复杂的结构和工艺也限制了它的应用。

实用新型内容

本实用新型要实现的目的是提供一种双边陡降频率选择表面，通过在通带两侧引入传输零点实现在通带外侧快速滚落进入阻带达到带通传输响应的双边陡降；通过传输极点的位置调节，实现带宽的控制。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种双边陡降频率选择表面结构由多个周期性分布的单元构成，每个单元自上而下依次包括第一频率选择表面金属层(1)、第一介质层(2)、方环金属层(3)、第二介质层(4)和第二频率选择表面金属层(5)，其中两层频率选择表面金属层(1)(5)结构相同，且相对于中间方环金属层(3)对称设置；介质层(2)(4)结构相同，且相对于中间方环金属层(3)对称设置；第一频率选择表面金属层(1)、第二频率选择表面金属层(5)均主要由方环(11)，以及置于方环内的四个金属单元结构构成，其中金属单元结构包括弯折线(12)、三角形结构(13)，且四个金属单元结构呈中心对称分布；

进一步，所述频率选择表面方环金属层(3)口径大小根据实际需求可变。

进一步，所述弯折线(12)由第一至第五纵向弯折线、第一至第四横向弯折线构成，且相邻纵向弯折线与横向弯折线相垂直；第一纵向弯折线与三角形结构(13)底边相垂直，且第一弯折线的一端与三角形结构(13)底边的中心相连接；第五纵向弯折线与方环(11)的内角相连接。

进一步，所述频率选择表面的第一介质层(2)、第二介质层(4)材料为F4B-2。

进一步，所述频率选择表面的工作频率在5GHz附近时，第一介质层(2)、第二介质层(4)材料厚度为1.2mm。

进一步，所述频率选择表面的工作频率在5GHz附近时，其单元结构参数为：D＝8.8mm，a₁＝0.8mm，a₂＝0.4mm，a₃＝1.15mm，b₁＝0.48mm，b₂＝0.8mm，c₁＝1.6mm，c₂＝2.6mm，c₃＝1.4mm，w＝0.2mm。

D表示单元结构的边长，a₁表示方环(11)的边宽，a₂表示相邻三角形结构(13)的距离，a₃表示三角形结构(13)与方环(11)内边的最近距离；b₁表示第一纵向弯折线长度，b₂表示第三纵向弯折线长度，c₁表示第一横向弯折线长度，c₂表示第二横向弯折线长度，c₃表示第三横向弯折线长度，w表示弯折线线宽。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型的频率选择表面传输响应中在通带两侧加入了传输零点，实现通带两侧的双边陡降，减少了通带和阻带之间的过渡带，两侧阻带透过率极大抑制且靠近通带的阻带透过率更低；传输响应带内损耗小于1dB，具有良好的平顶特性；可以根据实际需求，调整中间层方环口径大小来实现通带带宽和传输零点的位置的选择；频率选择表面的单元尺寸约为七分之一波长，具有小型化的特性；在不同极化和斜入射情况下仍具有良好的传输响应。

附图说明

图1为本实用新型所述频率选择表面单元三维示意图；

图2为本实用新型所述频率选择表面金属层单元示意图；

图3为本实用新型所述频率选择表面方环金属层示意图；

图4为本实用新型所述频率选择表面在不同方环口径大小下的透射系数曲线图；

图5为本实用新型所述频率选择表面在电磁波45°斜入射下的透射曲线图：其中，图5A为TE波的透射曲线；图5B为TM波的透射曲线；

图中：(1)为第一频率选择表面金属层，(2)为介质层，(3)为方环金属层，(4)为介质层，(5)为第二频率选择表面金属层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的频率选择表面金属单元结构自上而下依次为第一频率选择表面金属层(1)、第一介质层(2)、方环金属层(3)、第二介质层(4)和第二频率选择表面金属层(5)，其中两层频率选择表面金属层(1)(5)和介质层(2)(4)相同且关于中间方环金属层(3)对称；第一金属层、第二金属层(1)(5)主要由方环(11)，以及置于方环内的四个金属单元结构构成；金属单元结构包括弯折线(12)、三角形结构(13)，且四个金属单元结构呈中心对称分布；

本实用新型根据图1设计的带阻谐振频率在5GHz的双边陡降频率选择表面，其介质层(2)和介质层(4)的厚度为1.2mm，介质材料为F4B-2，介电常数2.65，其频率选择表面金属层(图2)单元结构参数为：D＝8.8mm，a1＝0.8mm，a2＝0.4mm，a3＝1.15mm，b1＝0.48mm，b2＝0.8mm，c1＝1.6mm，c2＝2.6mm，c3＝1.4mm，w＝0.2mm。

进行仿真，图4为本实用新型所述频率选择表面在不同方环口径大小下的透射系数曲线图，横坐标为频率，纵坐标为S参数。在图中可以清楚的观察到两个传输零点，传输零点的引入可以极大增强阻带的抑制度，可以很好地实现频率选择表面的选择性。当中间层金属方环口径大小变化时，频率选择表面通带的带宽会发生变化，可以根据实际需要的带宽来确定中间层方环口径的开口大小。此外，本实用新型频率选择表面具有一定小型化的特性，方便在实际中的应用。

图5A和图5B分别是当中间方环开口口径r为3.8mm时，TE波和TM波入射角从45度入射的传输系数曲线。不论TE波还是TM波，在斜入射情况下频率选择表面带通的传输响应几乎不变，因此本实用新型频率选择表面具有良好的角度稳定性和极化稳定性。

以上具体实施方式只是用于帮助理解本实用新型核心思想，此外还有其他实施方式，在不脱离本实用新型原理的情况下，对本实用新型的修改和润饰，这些修改和润饰都应该在本实用新型的权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.双边陡降频率选择表面结构，由多个周期性分布的单元构成，其特征在于每个单元自上而下依次包括第一频率选择表面金属层(1)、第一介质层(2)、方环金属层(3)、第二介质层(4)和第二频率选择表面金属层(5)，其中第一频率选择表面金属层(1)与第二频率选择表面金属层(5)结构相同，且相对于中间方环金属层(3)对称设置；第一介质层(2)与第二介质层(4)结构相同，且相对于中间方环金属层(3)对称设置；

第一频率选择表面金属层(1)、第二频率选择表面金属层(5)均主要由方环(11)，以及置于方环内的四个金属单元结构构成，其中金属单元结构包括弯折线(12)、三角形结构(13)，且四个金属单元结构呈中心对称分布。

2.根据权利要求1所述的双边陡降频率选择表面结构，其特征在于，方环金属层(3)口径大小根据实际需求可变，用以实现通带带宽和传输零点的位置的选择。

3.根据权利要求1所述的双边陡降频率选择表面结构，其特征在于，所述第一介质层(2)与第二介质层(4)的材料为F4B-2。

4.根据权利要求1所述的双边陡降频率选择表面结构，其特征在于，工作频率在5GHz附近时，介质层材料厚度为1.2mm，所述单元参数为D＝8.8mm，a₁＝0.8mm，a₂＝0.4mm，a₃＝1.15mm，b₁＝0.48mm，b₂＝0.8mm，c₁＝1.6mm，c₂＝2.6mm，c₃＝1.4mm，w＝0.2mm；

上述D表示单元结构的边长，a₁表示方环(11)的边宽，a₂表示相邻三角形结构(13)的距离，a₃表示三角形结构(13)与方环(11)内边的最近距离；b₁表示第一纵向弯折线长度，b₂表示第三纵向弯折线长度，c₁表示第一横向弯折线长度，c₂表示第二横向弯折线长度，c₃表示第三横向弯折线长度，w表示弯折线线宽。

5.根据权利要求1所述的双边陡降频率选择表面结构，其特征在于，频率选择表面的单元尺寸为七分之一波长。