一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板制造技术

本发明专利技术公开了一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板，属于通信技术领域，用于解决现有反射板阻带较窄的问题。其包括m×n个频率选择表面单元(1)和介质基板(2)，所述频率选择表面单元(1)印制在介质基板(2)上，且沿其所在的X、Y轴周期排布。频率选择表面单元(1)由中间设有四角星缝隙(5)的锯齿状梭形十字贴片(3)和四个外半径等比缩减的圆环贴片(4)组成，该四个圆环贴片(4)分别位于锯齿状梭形十字贴片(3)相邻两臂的正中间，且按顺时针或逆时针依次周向排布。本发明专利技术展宽了反射板阻带带宽，实现了阻带两端传输系数的陡降，在保证超宽带天线辐射特性的同时，不影响其它频段电磁波的传输，可用于超宽带定向辐射天线。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板
本专利技术属于通信
，涉及一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板，特别涉及一种用于定向辐射超宽带天线的超宽阻带频率选择表面反射板。本专利技术可用于卫星通信、移动通信、超宽带反射面天线等。
技术介绍
作为超宽带无线电系统中不可或缺的组件，超宽带天线在超宽带技术中起着举足轻重的作用。超宽带天线的形式多种多样，如平面单极子天线、螺旋天线、指数渐变槽线天线等，在实际的工程中往往需要定向辐射才能保证发射和接收质量，因此通常采用附加反射板的方式使超宽带天线定向辐射或进一步加强定向天线的方向性。目前，常见的反射板一般采用金属板，它具有在全频带都具有高反射率的特点。在电磁频谱日益拥挤以及电磁环境日益复杂的今天，金属反射板不光会反射自身天线的电磁波，还有可能会对附近其他天线的电磁波产生影响，因此，金属反射板在全频段高反射率的优点恰恰也是其难以克服的缺点。频率选择表面是一种二维周期性结构，本身并不吸收能量，却能起到滤波的作用。作为一种空间滤波器，频率选择表面能够有效地控制入射电磁波的发射和传输。频率选择表面从传输性能上可以分为两类：一类是对其通带内的电磁波呈现全透射特性的带通型频率选择表面，另一类是对其阻带内的电磁波呈现出全反射特性的带阻型频率选择表面。带阻型频率选择表面可反射特定频段的电磁波，特定频段外的电磁波可以完全透过，所以带阻型频率选择表面是一种理想的天线反射板。传统的带阻型频率选择表面大多为窄带工作，即只能在很窄的频带实现全反射。现今，对传统的带阻型频率选择表面进行改进，使其具有宽阻带特性。中国专利申请：公布日2012.07.25，公开号CN102610925A公开了“一种超宽带的频率选择表面结构的天线反射器”，该天线反射器的每个频率选择表面单元由四个相同的子频率选择表面单元构成，其优点在于实现了单元的小型化并展宽了阻带带宽。然而该反射器存在阻带带宽无法达到3倍频程的缺点，同时在阻带之外该反射器的反射系数依然较高，透波特性不足。另外，中国专利申请：公布日2013.06.12，公布号CN103151579A公开了“基于分型结构的宽频带亚毫米波频率选择表面”，该分形结构频率选择表面的优点是具有宽带的频率响应，3dB工作频带为273-405GHz。但该频率选择表面只能应用于亚毫米波波段，无法使用在微波波段的超宽带天线上。此外，该频率选择表面的相对带宽为1.48倍频，无法满足工作带宽3倍频以上的超宽带天线的要求。现有公开的宽频带频率选择表面虽然展宽了阻带带宽，但仅能实现3倍频以下的工作带宽，无法满足超宽带天线的要求。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板，以解决现有频率选择表面阻带较窄的问题，可用于定向辐射超宽带天线。为实现本专利技术的目的所采取的技术方案为一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板，包括频率选择表面单元1和介质基板2，所述频率选择表面单元1印制在介质基板2上，且沿其所在的X、Y轴方向周期排布，其特征在于，所述频率选择表面单元1包括锯齿状梭形十字贴片3和圆环贴片4，所述锯齿状梭形十字贴片的中间设置有四角星缝隙5，且二者的中心重合；所述四个不同半径的圆环贴片分别位于锯齿状梭形十字贴片四个臂之间，所述四个不同半径圆环贴片4分别位于锯齿状梭形十字贴片3相邻两臂的正中间，四个圆环贴片的中心位于以齿状梭形十字贴片中心为圆心的圆上，且最大的圆环贴片不与锯齿状梭形十字贴片相接触。。所述介质基板2为厚度是h的FR4材料。所述锯齿状梭形十字贴片3的四个臂长度相等，分别伸向45°、135°、225°、315°方向，相邻两臂顶点间距为l；锯齿宽度为w＝(1/10～1/16)l，锯齿高度h1＝kw，且0.65≤k≤0.75。所述四角星缝隙5的四个角与锯齿状梭形十字贴片3的四个臂的伸展方向相同，四角星缝隙5相邻两角顶点间距为l1，且满足6mm≤l1≤11.6mm；中心宽度为w1，且w1满足0.8mm≤w1≤2mm。所述圆环贴片4的宽度为d，d的取值范围为0.1mm≤d≤0.5mm，圆环贴片4的外半径分别为r1、r2、r3、r4，其中r1＝2～2.6mm，且满足r2＝r1t、r3＝r1t2、r4＝r1t3，其中系数t满足0.6≤t≤0.9。所述圆环贴片4按圆环贴片外半径由大到小顺时针或逆时针依次排布。所述的频率选择表面单元1沿其所在的X、Y轴方向周期排布，且数量为m×n个，相邻频率选择表面单元的中心间距为L，其中m≥20，n≥20，L>l。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1.本专利技术通过对传统方形贴片进行准分形处理，得到带有锯齿状结构的梭形十字贴片，采用这一设计在不致使频率选择表面单元几何尺寸过大的情况下，有效地增加频率选择表面单元的电尺寸，从而展宽了频率选择表面阻带带宽，满足了更多用户的需要。2.本专利技术通过在锯齿状梭形十字贴片上设置四角星缝隙，在不影响频率选择表面超宽阻带特性的同时，使其阻带两端产生陡降，从而使该频率选择表面阻带和通带之间产生突变，使阻带接近陡降处有更好的反射效果，而通带接近陡降处有良好的透射效果，避免频率在阻带和通带渐变频段电磁波的干扰，从而避免加载本专利技术的超宽带天线对周围其他天线工作频带的电磁波产生影响。3.本专利技术通过设置四个圆环贴片，提供了新的谐振频点，使频率选择表面在工作频带之外具有更好的透波效果，即在工作频带之外传输电磁波的能力更强，从而进一步避免加载本专利技术的超宽带天线对周围其他天线正常工作的干扰。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的频率选择表面单元结构示意图；图3为本专利技术的锯齿状梭形十字贴片结构示意图；图4为本专利技术的四角星缝隙结构示意图；图5为本专利技术圆环贴片结构示意图；图6为本专利技术在不同极化平面波照射下反射系数和透射系数的结果图；图7为本专利技术在不同角度平面波照射下反射系数和透射系数的结果图；图8加载本专利技术反射板天线与加载金属反射板天线阻抗带宽对比图；图9加载本专利技术反射板天线与加载金属反射板天线轴比带宽对比图；图10加载本专利技术反射板天线与加载金属反射板天线增益方向图对比图。具体实施方式：为了使本专利技术的目的、技术方案以及与现有技术相比所体现的优点更加清晰明了，以下结合附图和具体实施例作进一步的详细描述。应当理解，以下的描述仅是对本专利技术的解释，不构成对本专利技术的限制。参照附图1，是本专利技术的结构示意图，为了满足可用于定向辐射超宽带天线反射板的要求，本专利技术在超宽阻带频率选择表面的基础上设计了一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板。该反射板由印制在介质基板2上的m×n个频率选择表面单元2构成，该m×n个频率选择表面单元分别沿其所在的X、Y轴方向周期排布，其中m≥20、n≥20；相邻频率选择表面单元的周期即中心间距为L，介质基板2为厚度是h的FR4材料。本专利技术的反射板通过改变频率选择表面单元的结构和尺寸，克服现有频率选择表面无法实现3倍频以上工作带宽的缺点，实现超宽带天线对于其工作频段电磁波的反射，同时又不影响其它频段电磁波的传播。参照附图2，是本专利技术的频率选择表面单元2的结构示意图，频率选择表面单元2包括锯齿状梭形十字贴片3和圆环贴片4，所述锯齿状梭形十字贴片3上设置有四角星缝隙5，且二者的中心重合，该四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板，包括m×n个频率选择表面单元(1)和介质基板(2)，所述频率选择表面单元(1)印制在介质基板(2)的上表面，且沿其所在的X轴和Y轴方向周期排布，其特征在于：所述频率选择表面单元(1)由锯齿状梭形十字贴片(3)和四个不同半径的圆环贴片(4)组成，所述锯齿状梭形十字贴片(3)中间设置有四角星缝隙(5)，所述四个不同半径的圆环贴片(4)分别位于锯齿状梭形十字贴片四个臂的正中间。

【技术特征摘要】
1.一种基于超宽阻带频率选择表面的反射板，包括频率选择表面单元(1)和介质基板(2)，所述频率选择表面单元(1)印制在介质基板(2)上，且沿其所在的X、Y轴方向周期排布，其特征在于，所述频率选择表面单元(1)包括锯齿状梭形十字贴片(3)和四个不同半径的圆环贴片(4)，所述锯齿状梭形十字贴片的中间设置有四角星缝隙(5)，且二者的中心重合；所述四个不同半径圆环贴片(4)分别位于锯齿状梭形十字贴片(3)相邻两臂的正中间，四个圆环贴片的中心位于以齿状梭形十字贴片中心为圆心的圆上，且最大的圆环贴片不与锯齿状梭形十字贴片相接触。2.根据权利要求1所述的基于超宽阻带频率选择表面的反射板，其特征在于，所述介质基板(2)为FR4材料。3.根据权利要求1所述的基于超宽阻带频率选择表面的反射板，其特征在于，所述锯齿状梭形十字贴片(3)的四个臂长度相等，分别伸向45°、135°、225°、315°方向，相邻两臂顶点之间的距离为l；锯齿宽度w＝(1/10～1/16)l，锯齿高度h1＝kw，且0.65≤k≤0.75。4.根据权利要求1所述的基于超宽阻带频率选择表面的反射板，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪涛，牟春晖，姜文，龚书喜，王兴，徐云学，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61