一种宽通带3D频率选择表面制造技术

本发明专利技术公开了一种宽通带3D频率选择表面，旨在提高宽通带3D频率选择表面的角度稳定性，包括m×n个无源谐振单元；每个谐振单元包括五层介质板和四层金属层，金属层包括上层介质板上表面和下层介质板下表面的四个梯形环状结构，中间层介质板上下表面围绕介质板四边边缘所构成的方形金属环结构，以及方形金属环内部的两组2×2方形环状结构，第一组方形环状结构的中心在介质板四个对角位置，第二组环状的中心在相邻第一组环状中心连线的中点上，上层介质板上表面和下层介质板下表面的各梯形环状结构通过导线对应相连接。该结构在实现边缘陡降宽通带的同时，提高了角度稳定性，使其可应用于大入射角情形下，可用于通讯与雷达方面。

A Wide Band 3D Frequency Selective Surface

【技术实现步骤摘要】
一种宽通带3D频率选择表面
本专利技术属于天线
，涉及一种频率选择表面，具体涉及一种角度稳定的3D结构宽通带频率选择表面，可用于无线通讯

技术介绍
频率选择表面(FrequencySelectiveSurface，FSS)是一种由谐振单元周期排列组成的二维周期结构，本身并不吸收能量，但却能起到滤波的作用，本质上是一种空间滤波器。它的响应特性随频率而变化，对某些频段内的入射电磁波呈现透射特性，而对于另一些频段内的入射电磁波呈现阻碍的特性。频率选择表面所呈现的这种在开放空间的电磁波滤波器功能，使其在科学和工程等领域具有很大的应用价值，一直是微波和天线学者们研究的一个重要方向。角度稳定性和传输系数是描述频率选择表面工作性能的重要指标，角度稳定性是指频率选择表面在不同电磁波的入射角度下，表现出的透射和反射特性维持不变的一种性能。传输系数(S21)是用来表述穿过频率选择表面电磁波透射程度的指标，通常认为传输系数大于-3dB的频段为通带，小于-10dB的频段为阻带。随着天线技术的发展，宽带天线技术的带宽也随之不断展宽，为保证宽带天线在工作频段内正常工作，而不受非工作频段电磁波的影响，研究人员通过设计宽通带频率选择表面来实现。针对宽通带频率选择表面的设计，目前实现方式分为平面宽通带频率选择表面形式和3D型宽通带频率选择表面的形式。平面型宽通带频率选择表面具有较高的角度稳定特性，但没有边缘陡降特性，其中陡降是描述从通带到阻带所需的相对带宽大小的一种特性，相对带宽越小则认为陡降特性越好；3D型宽通带频率选择表面具有边缘陡降特性，但角度稳定性较差，目前3D型宽通带频率选择表面所能达到的最大稳定入射角为20°，当入射角进一步增大，其宽通带内的透射特性以及高频的谐振特性将变差。例如期刊文献TianhaoHe,WeimingLi,WuRen,ZhenghuiXue,DesignandAnalysisof3DCircularWaveguideFrequencySelectiveStructure[C]Asia-PacificConferenceonAntennasandPropagation(APCAP).IEEE,2017:1-3,公开了一种3D型宽通带频率选择表面。其目的在于设计一种边缘陡降且具有一定角度稳定性的宽通带频率选择表面，其单元结构为，在正六边形的介质板中间开一个与该介质板等高的圆柱，该圆柱部分用介电常数与空气相等的介质填充，正六边形的剩余部分为PEC金属结构，称为金属壁结构，在圆柱介质上下表面各有四个相互夹角为90°的贴片，且圆柱下表面的四个贴片与圆柱上表面四个贴片在圆柱下表面的投影位置相重合，上下的四个金属贴片通过金属导线对应相连接，其S21的-3dB带宽为5.07-10.14GHz,相对带宽为66.7％，左右-3dB到-10dB带宽分别为5％与2％，具有边缘陡降特性。但是，随入射电磁波入射角的增大，结构的等效电长度变小，在高频的谐振效果会衰弱，且入射角的增大后，正六边形金属壁结构影响通带内的透射，在30°入射的入射波照射下，通带内出现明显的传输参数下凹，S21小于-3dB，不能满足大入射角，两边阻带中间宽通带的工作特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出了一种宽通带3D频率选择表面，旨在保证边缘陡降特性的同时，提高角度稳定性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种宽通带3D频率选择表面，包括m×n个周期性排布的频率选择表面单元，m≥5，n≥5，所述频率选择表面单元包括自上而下依次层叠且形状为正方形的第一介质板1、第二介质板2、第三介质板3、第四介质板4和第五介质板5；所述第一介质板1的上表面和第五介质板5的下表面分别印制有四个中心对称的金属贴片6，相邻金属贴片6之间的夹角为90°，且第一介质板1上表面印制的每个金属贴片6，与该第一介质板1上表面印制的每个金属贴片6在第五介质板5下表面投影位置印制的金属贴片6之间，通过导线7连接；所述第二介质板2和第四介质板4的相对介电常数与空气的介电常数相等；所述第三介质板3的上表面和下表面的边缘位置印制有条形金属贴片，形成方形金属环8；所述方形金属环8内印制有2×2个等距离排布成正方形的第一金属环9，相邻第一金属环9之间印制有第二金属环10。上述的一种宽通带3D频率选择表面，所述金属贴片6，采用等腰梯形环状结构。上述的一种宽通带3D频率选择表面，所述四个中心对称的金属贴片6，其中心对称轴与所在介质板的中心法线重合，且该四个金属贴片6的对称轴分别与所在介质板的两条中线重合，上底靠近所在介质板的中心。上述的一种宽通带3D频率选择表面，所述第一金属环9和第二金属环10，均采用方形环状结构，且第一金属环9的边长大于第二金属环10的边长。上述的一种宽通带3D频率选择表面，所述2×2个第一金属环9，其中心与第三介质板3板面中心重合，且该四个第一金属环9一条对角线位于第三介质板3表面的两条对角线上。上述的一种宽通带3D频率选择表面，所述第二金属环10，其中心位于与该第二金属环10相邻的两个第一金属环9中心连接线的中点位置。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：本专利技术，通过在第三介质板上下表面边缘位置印制条形金属贴片，形成方形金属环，方形金属环为一种电感结构，在低频表现为阻带特性，该电感结构相对于金属壁电感结构，对通带传输特性影响较小，能够避免大入射角下宽通带内传输特性变差的现象，提高了通带内的角度稳定性；同时在方形金属环内印制等距离排布的2×2个方形第一金属环，相邻方形第一金属环之间印制方形第二金属环，第一金属环与第二金属环在高频产生谐振，增强了谐振特性，解决了高入射角下3D结构在高频谐振效果衰弱的问题，使3D频率选择表面在45°电磁波入射角下仍可实现两边阻带中间宽通带的特性，提高了高频阻带内的角度稳定性。附图说明图1为本专利技术频率选择表面单元的结构示意图；图2为本专利技术频率选择表面单元第一介质板上表面的俯视图；图3为本专利技术频率选择表面单元第三介质板上表面的俯视图；图4为本专利技术实施例的S21结果示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术包括m×n个周期性排布的频率选择表面单元，m＝100，n＝100。参照图1，频率选择表面单元包括自上而下依次层叠且形状为正方形的第一介质板1、第二介质板2、第三介质板3、第四介质板4和第五介质板5。正方形介质板的边长P＝10mm，其中第一介质板1、第三介质板3和第五介质板5的介电常数ε＝2.2，高度h＝1mm；第二介质板2和第四介质板4的介电常数与空气的介电常数相同，高度h1＝3.9mm，主要用以增大第一介质板1上表面和第五介质板5下表面的金属贴片与第三介质板3上下表面贴片之间的距离，以避免贴片之间的相互耦合，影响结构的特性，选取与空气介电常数相同的介质板能提高电磁波的透射特性。所述第一介质板1的上表面印制有四个中心对称的金属贴片6，对称轴与介质板1中线重合，其结构如图2所示；所述第三介质板3上下表面边缘位置印制有条形金属贴片，形成方形金属环8，在方形金属环8内部印制有2×2个等距离排布成正方形的第一金属环9，相邻第一金属环9之间印制有第二金属环10，其结构如图3所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽通带3D频率选择表面，包括m×n个周期性排布的频率选择表面单元，m≥5，n≥5，所述频率选择表面单元包括自上而下依次层叠且形状为正方形的第一介质板(1)、第二介质板(2)、第三介质板(3)、第四介质板(4)和第五介质板(5)；所述第一介质板(1)的上表面和第五介质板(5)的下表面分别印制有四个中心对称的金属贴片(6)，相邻金属贴片(6)之间的夹角为90°，且第一介质板(1)上表面印制的每个金属贴片(6)，与该第一介质板(1)上表面印制的每个金属贴片(6)在第五介质板(5)下表面投影位置印制的金属贴片(6)之间，通过导线(7)连接；所述第二介质板(2)和第四介质板(4)的相对介电常数与空气的介电常数相等；其特征在于：所述第三介质板(3)的上表面和下表面的边缘位置印制有条形金属贴片，形成方形金属环(8)；所述方形金属环(8)内印制有2×2个等距离排布成正方形的第一金属环(9)，相邻第一金属环(9)之间印制有第二金属环(10)。

【技术特征摘要】
1.一种宽通带3D频率选择表面，包括m×n个周期性排布的频率选择表面单元，m≥5，n≥5，所述频率选择表面单元包括自上而下依次层叠且形状为正方形的第一介质板(1)、第二介质板(2)、第三介质板(3)、第四介质板(4)和第五介质板(5)；所述第一介质板(1)的上表面和第五介质板(5)的下表面分别印制有四个中心对称的金属贴片(6)，相邻金属贴片(6)之间的夹角为90°，且第一介质板(1)上表面印制的每个金属贴片(6)，与该第一介质板(1)上表面印制的每个金属贴片(6)在第五介质板(5)下表面投影位置印制的金属贴片(6)之间，通过导线(7)连接；所述第二介质板(2)和第四介质板(4)的相对介电常数与空气的介电常数相等；其特征在于：所述第三介质板(3)的上表面和下表面的边缘位置印制有条形金属贴片，形成方形金属环(8)；所述方形金属环(8)内印制有2×2个等距离排布成正方形的第一金属环(9)，相邻第一金属环(9)之间印制有第二金属环(10)。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文，王鹏，余俊，陈帅，张文武，
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