一种单层双频组合单元及含有该单元的频率选择表面制造技术

一种单层双频组合单元及含有该单元的频率选择表面，涉及频率选择表面技术领域。本发明专利技术是为了解决现有的双频频率选择表面结构复杂、制作调试困难的问题。本发明专利技术所述的一种单层双频组合单元由4个方形环路与交叉十字振子排列组成，将获得双频带频率选择特性。一种含有单层双频组合单元的频率选择表面，由多个单层双频组合单元相互之间紧密排列组成，对于垂直极化和水平极化时的不同入射角具有良好的稳定性。本发明专利技术能够应用于双频设备。

Single layer dual frequency combination unit and frequency selective surface comprising the same

The invention relates to a single layer dual frequency combination unit and a frequency selective surface comprising the element, relating to the frequency selective surface technology field. The invention aims to solve the problems of complicated structure and difficult manufacture and debugging of the existing dual frequency selective surfaces. The single layer dual frequency combination unit is composed of 4 square loops and crossed cross vibrators, and the dual frequency band selection characteristics are obtained. Contains a single frequency element frequency selective surface, consisting of more than one single unit between closely spaced frequency, has good stability for different vertical and horizontal polarizations at the corner. The invention can be applied to dual frequency equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种单层双频组合单元及含有该单元的频率选择表面
本专利技术属于频率选择表面

技术介绍
频率选择表面是一种能够对电磁波的频率进行选择的二维周期结构，这种结构由介质基板和金属周期结构层组成，频率选择特性建立在其周期结构之上。随着科学技术和经济的发展，各种信息设备之间的电磁传输、精密仪器抗电磁干扰、人体防电磁辐射等均要求对电磁信号实现传输控制或吸收损耗。具有带通或带阻特性的频率选择表面已广泛应用于通信、雷达、电磁兼容等多个领域。新型周期单元的设计与应用是频率选择表面的发展趋势。常规的频率选择表面如交叉偶极子或Y形结构仅有一个谐振频率，不能满足双频工作特性。为了能够应用于双频设备，近年来已经开始研究双频频率选择表面。目前已有几种获得双频带特性的方法，如包含相同模式或互补模式的多层周期结构，就可以获得多个谐振频率。另一种实现多谐振频率的方法是使用分形单元，一些螺旋结构能够产生多个中心频率。现有的双频频率选择表面多为多层复合结构，具有结构复杂、制作调试困难等缺点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的双频频率选择表面结构复杂、制作调试困难的问题，现提供一种单层双频组合单元及含有该单元的频率选择表面。一种单层双频组合单元包括：基板1、交叉十字振子2和4个方形环路3；基板1上表面呈正方形，交叉十字振子2和4个方形环路3均固定在基板1上表面，交叉十字振子2的四路分支分别与基板1的两条中线重合，并将基板1平均分成四部分，4个方形环路3分别位于基板1上四部分的中央，方形环路3包括首尾相接的四条边，方形环路3的边与基板1的边相互平行，每条边包括两个方形凹口4，方形凹口4的宽度小于两个方形凹口4之间的距离，两个方形凹口4将所在边等分为三段。基板1的边长D为14.1-14.6mm。交叉十字振子2包括两个条状结构，两个条状结构相互垂直设置，且中点相交，每个条状结构的长度L2为13-13.5mm，宽度W2为0.2-0.4mm。方形环路3的边长L1为5.8-6.2mm，宽度W1为0.2-0.4mm，两个方形凹口4之间的距离S2为1-1.5mm，方形凹口4的宽度S3为0.2-0.4mm，方形凹口4的深度D1为0.8-1mm。交叉十字振子2和方形环路3之间的距离S4为0.4-0.6mm。含有上述单层双频组合单元的频率选择表面，包括多个单层双频组合单元，多个单层双频组合单元相互之间紧密排列。本专利技术所述的一种单层双频组合单元，一种单层双频组合单元由4个方形环路与交叉偶极子排列组成，将获得双频带性能。为了增加它的电长度以使其在相同尺寸的较低频率下工作，把方形环路的每条边折叠在它的内部，即构成了方形凹口。当结构尺寸减小时，极化稳定性相应提高。本专利技术测试了工作频率为6.3GHz和8.0GHz的含有一种单层双频组合单元的双频带阻频率选择表面，该双频带阻频率选择表面是由多个单层双频组合单元相互之间紧密排列组成，对于不同的极化和入射角具有良好的稳定性。附图说明图1为具体实施方式一所述的一种单层双频组合单元的结构示意图；图2为含有一种单层双频组合单元的频率选择表面的仿真传输系数曲线图；图3为一种单层双频组合单元的等效电路图；图4为一种单层双频组合单元的电流分布示意图；图5为传输系数随交叉十字振子长度的变化曲线图；图6为测量得到的传输系数曲线图；图7为具体实施方式三所述的含有一种单层双频组合单元的频率选择表面的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种单层双频组合单元，包括：基板1、交叉十字振子2和4个方形环路3；基板1上表面呈正方形，交叉十字振子2和4个方形环路3均固定在基板1上表面，交叉十字振子2的四路分支分别与基板1的两条中线重合，并将基板1平均分成四部分，4个方形环路3分别位于基板1上四部分的中央，方形环路3包括首尾相接的四条边，方形环路3的边与基板1的边相互平行，每条边包括两个方形凹口4，方形凹口4的宽度小于两个方形凹口4之间的距离，两个方形凹口4将所在边等分为三段。一种单层双频组合单元由4个方形环路3与交叉十字振子2排列组成，将获得双频带性能。为了增加它的电长度以使其在相同尺寸的较低频率下工作，把方形环路3的每条边折叠在它的内部，即构成了方形凹口4。频率选择表面是一个平面结构，这个平面结构是由介质基板上的周期性金属贴片构成。具体实施方式二：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种单层双频组合单元作进一步说明，本实施方式中，基板1的边长D为14.1-14.6mm，交叉十字振子2包括两个条状结构，两个条状结构相互垂直设置，且中点相交，每个条状结构的长度L2为13-13.5mm，宽度W2为0.2-0.4mm，方形环路3的边长L1为5.8-6.2mm，宽度W1为0.2-0.4mm，两个方形凹口之间的距离S2为1-1.5mm，方形凹口的宽度S3为0.2-0.4mm，方形凹口的深度D1为0.8-1mm，交叉十字振子2和方形环路3之间的距离S4为0.4-0.6mm，方形凹口4外边至其相邻边的距离为S1mm。表I给出了一组优选的单层双频组合单元的尺寸参数，如下：表I频率选择表面的尺寸参数参数L1L2S1S2S3数值(mm)613.21.21.20.3参数S4W1W2D1D数值(mm)0.50.30.30.914.4利用表I中给出的参数对频率选择表面进行了仿真。不同入射角和极化条件下的仿真频率响应曲线如图2所示，其中(a)表示垂直极化，(b)表示平行极化。从图2中可以看到频率选择表面工作在两个频率6.3GHz和8.0GHz。在垂直极化时，以15°、30°、45°和60°的角度入射，第一个谐振频率分别偏移了0MHz、50MHz、100MHz、100MHz。在平行极化时，以60°的角度入射，第二个谐振频率偏移约为100MHz。为了说明谐振机理，该频率选择表面的等效电路如图3所示。如果Lp是已知的，用ωz1、ωz2和ωp2通过公式(1)-(3)计算出Cp、Cs和Ls，Lp可以通过迭代计算得到。ωz1、ωz2和ωp2是等效电路阻抗的零点和极点。从图2可以看出ωz1、ωz2和ωp2分别为6.3GHz，8.0GHz和6.7GHz(ωp1是0)。结果为Lp＝52nH，Cp＝10.5nH，Cs＝0.42nH，Ls＝1.1pH。图3中的等效电路可以通过图4所示的两个谐振频率的电流分布进行验证。在图4(a)中，电流分布主要在交叉十字振子的一个臂上以及方形环路的两条邻边上，而这些构成Lp和Ls的一部分。在图4(b)中，电流仅分布在方形回路上，等效为Ls。由于交叉十字振子仅仅影响Lp，它主要影响第一个谐振频率ωz1。如图4所示，交叉十字振子仅在第一个谐振频率上有电流分布，而方形环路在两个中心频率上均有电流分布，因此可以得出结论：交叉十字振子主要影响第一个谐振频率。为了证明这一结论，图5给出了参数L2从13.2mm变为12.0mm和10.8mm时的频率响应曲线图。在图5中，第一个谐振频率从6.3GHz大幅的变为6.7GHz，然后再变为7.2GHz。而第二个谐振频率变化仅仅从8.0GHz变化到8.1GHz，再变化到8.2GHz。因此可以得出结论：L2主要影响第一个谐振频率。具体实施方式三：参照图7具体说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单层双频组合单元，其特征在于，包括：基板(1)、交叉十字振子(2)和4个方形环路(3)；基板(1)上表面呈正方形，交叉十字振子(2)和4个方形环路(3)均固定在基板(1)上表面，交叉十字振子(2)的四路分支分别与基板(1)的两条中线重合，并将基板(1)平均分成四部分，4个方形环路(3)分别位于基板(1)上四部分的中央，方形环路(3)包括首尾相接的四条边，方形环路(3)的边与基板(1)的边相互平行，每条边包括两个方形凹口(4)，方形凹口(4)的宽度小于两个方形凹口(4)之间的距离，两个方形凹口(4)将所在边等分为三段。

【技术特征摘要】
1.一种单层双频组合单元，其特征在于，包括：基板(1)、交叉十字振子(2)和4个方形环路(3)；基板(1)上表面呈正方形，交叉十字振子(2)和4个方形环路(3)均固定在基板(1)上表面，交叉十字振子(2)的四路分支分别与基板(1)的两条中线重合，并将基板(1)平均分成四部分，4个方形环路(3)分别位于基板(1)上四部分的中央，方形环路(3)包括首尾相接的四条边，方形环路(3)的边与基板(1)的边相互平行，每条边包括两个方形凹口(4)，方形凹口(4)的宽度小于两个方形凹口(4)之间的距离，两个方形凹口(4)将所在边等分为三段。2.根据权利要求1所述的一种单层双频组合单元，其特征在于，基板(1)的边长D为14.1-14.6mm。3.根据权利要求1所述的一种单层双频组合单元，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：索莹，李伟，陈建中，王洪永，刘艳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23