一种频率选择装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种频率选择装置，该装置包含金属层和介质层，该金属层位于该介质层的表面上，该金属层由一个或多个周期性排列的单元组成，每个单元包含由一条或多条连续的线构成的图案，该一条或多条连续的线都以该单元中心附近的一点为起始点，并围绕该点旋转，直到该单元的边缘，其中，在每个单元中，任何一条连续的线自身无任何交点，在包含多条连续的线的情况下，除了起始点外，该多条连续的线之间再无其他交点，且该多条连续的线相对于该起始点旋转对称分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种频率选择装置，尤其涉及一种具有多个反射和透射频率的频率选择装置。
技术介绍
我们知道电磁波可以非常轻松地绕过和它的工作波长相比拟的障碍物，所以天线衬底往往要若干个波长的尺寸才能够有效地阻挡天线向背面的辐射，也就是说传统的天线衬底只能工作在比其尺寸小好多倍的波长范围。现在出现了一种金属光子晶体型的频率选择装置，它可以工作在比其尺寸大好多的波长范围。这种装置由一金属层和一介质层堆叠而成，在金属层具有由一个或多个周期性排列的单元组成的图案，每个单元具有H型的分型(fractal)图案，其图案如图1所示。这种结构能产生一系列高反和高透的频率，也就是谐振频率点。这些频率对应的波长和这个结构的尺寸相当，甚至可以是这个结构的尺寸的十倍左右。同时，这种装置具有多个高反和高透的频率，也就是说，如果用这种装置来做天线衬底，可以在很多个频率点上工作，而不像传统的天线衬底那样，只有一个谐振频率。但是，这种装置还是具有一些不足之处，这种装置的各个高反和高透的频率点是呈对数指数分布，也就是说其分布是不均匀的，各谐振频率点之间相隔比较大。有时候我们想得到某一频率范围内的多个谐振频率点，而对于这种结构，由于其谐振频率点呈对数分布，可能在我们想要的频率范围内并不一定能得到多个频率点。而且，由于H型结构本身是各向异性的，因此，这种结构由于其结构本身的限制，其对于两个方向偏振的电磁波来说，谐振频率将不同，也就是说出现各向异性。但是，在很多场合，都要求频率选择装置对于两个方向的偏振的电磁波的谐振频率相同，因此，这种H型图案的频率选择装置就不能应用在这些场合。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种频率选择装置，与现有的H型图案的频率选择装置相比，能得到更多的高反和高透的频率点或频率带。这种频率选择装置可以设计得使谐振频率点是近似线性分布的。本专利技术的频率选择装置可以设计成对两个方向的偏振的电磁波的谐振频率相同，也就是可以得到各向同性的性能，可以被应用在各种需要各向同性的场合。本专利技术的频率选择装置包含金属层和介质层，该金属层位于该介质层的表面上，该金属层由一个或多个周期性排列的单元组成，每个单元包含由一条或多条连续的线构成的图案，该一条或多条连续的线都以该单元中心附近的一点为起始点，并围绕该点旋转，直到该单元的边缘，其中，在每个单元中，任何一条连续的线自身无任何交点，在包含多条连续的线的情况下，除了起始点外，该多条连续的线之间再无其他交点，且该多条连续的线相对于该起始点旋转对称分布。本专利技术的频率选择装置具有以下优点1.通过设计图案，可以使各谐振频率点为线性分布；2.能够得到更多的谐振频率点或频带；3.通过设计图案，可以得到各向同性的性能。本专利技术的频率选择装置可以在以下场合应用A)可用于天线衬底；B)用于带通型的亚波长滤波器件和慢波结构的延迟线设计；C)用于多频点的微波吸收材料设计。D)可以用于天线阵列，提高天线阵元之间的隔离。用本专利技术的频率选择装置作天线衬底时，对于某些金属(如铝、银等)，当金属层的厚度小于一定值时，所得的频率选择装置对于可见波段的光具有较高的透过率，而在微波波段，具有频率选择的特性。将这种装置贴在手机或显示装置等装置上，可以大幅度抑制在高反频点上背向辐射，减少电磁辐射对使用者的伤害。附图说明图1是显示现有的H型图案的频率选择装置的图案的示意图图2A和图2B是显示本专利技术的频率选择装置的第一实施例的图案的示意图；图3是显示本专利技术的频率选择装置的第二实施例的图案的示意图； 图4是显示本专利技术的频率选择装置的第三实施例的图案的示意图；图5是本专利技术的频率选择装置的第一实施例的平面波透射实验的结果示意图；图6是本专利技术的频率选择装置的第一实施例的谐振频率点的仿真曲线图；图7A和图7B是本专利技术的频率选择装置的第一实施例用作天线衬底时，偶极天线的方向图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细描述。图2A和图2B是显示本专利技术的频率选择装置的第一实施例的图案的示意图。本专利技术的第一实施例的频率选择装置由金属层和介质层组成，在金属层包含一个或多个周期性排列的单元，每个单元包含由一条或多条连续的线构成的图案，该一条或多条连续的线都由各自的首尾依次相连的多段线段构成，该多段线段中任意两条相连的线段之间成90度；在构成任一条连续的线的多段线段中，对于其中任一线段，与该线段相连的两条线段都位于该线段的同一侧；当从起始点出发沿任一条连续的线运行时，所经过的线段的长度沿运行方向依次递增。在图2A所示的频率选择装置中，金属层由多个周期性排列的正方形单元组成，在图2B所示的频率选择装置中，金属层仅包含一个正方形单元。每个正方形单元中包含由四条连续的线组成的图案，该四条线相交于单元中心的一点，以该点为中心完全对称。如图2A和2B所示，该四条线从该中心点出发，分别沿着正方形四边的方向延伸，延伸一段距离后各逆时针转90度，然后沿着转折后的方向延伸比第一段距离更长的一段距离，再向逆时针转90度，依次类推，直到单元的边缘。我们将每次90度的转向定义为一级，图2A和2B所示的是7级的图案。具体做几级的图案，以及每次延伸多长的距离再转向，可以根据具体的要求进行设计，以满足不同应用场合的需要。在图2所示的实施例中，这四条线是由金属组成，其余部分镂空。用图2所示的频率选择装置，可以得到多个近似线性分布的高透和高反的频率点，而且比起现有的分型结构的频率选择装置，可以得到更多的高透和高反的频率点。从图2A和图2B可以看出，该频率选择装置的图案本身是对称的，因此，对于两个方向的偏振的电磁波的谐振频率相同，呈各向同性。图5是用图2B所示的频率选择装置的第一实施例的平面波透射实验的结果示意图。该正方形单元的尺寸为32mm×32mm，介质层的厚度为0.8mm，金属层的厚度为0.035mm，单元中的四条线的宽度为1mm左右，两条相邻的线之间的空隙的宽度也是1mm左右。在图5中，连续的细线为理论模拟的结果，由多个数据点连成的线为实验的结果。从图5可以看出，该实施例可以得到如下高反频率点1.50，2.65，4.02，5.04，6.38，7.22(GHz)，同时可以得到如下高透频率点1.68，3.36，4.56，5.46，6.65，7.64(GHz)。可以看出，这些高反和高透的频率点基本呈线性分布。如果将图2A和图2B的每个图案中的四条线的部分改为镂空或用介质层的介质填充，其他部分用金属组成，那么对于这样得到的装置，上述高反的频率点就变成了高透的频率点，上述高透的频率点就变成了高反的频率点。如果周期性排列无穷多个图2B所示的图案，这时所得的装置可以得到完全线性分布的谐振频率点。图6是本专利技术的频率选择装置的第一实施例的谐振频率点的仿真曲线图。如图6所示，通过仿真计算，可以得到1-7级的图案的谐振频率点，从仿真结果可以看出，级数越高，得到的各谐振频率点就越靠近，我们就能在一个频段内得到越多我们需要的谐振频率点。关于实现亚波长衬底反射的原理，可以这样理解对于一个近场的小天线(例如电偶极子)来说，单个的上述实施例一中的单元在电谐振频率处由于和这个小天线的强烈耦合形成驻波形态的表面电流振荡，这个感应的电流振荡可以被理想地等效为一个感应电偶极子，两个电偶极子之间的位相差 为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率选择装置，其特征在于，包含金属层和介质层，该金属层位于该介质层的表面上，该金属层由一个或多个周期性排列的单元组成，每个单元包含由一条或多条连续的线构成的图案，该一条或多条连续的线都以该单元中心附近的一点为起始点，并围绕该点延伸，直到该单元的边缘，其中，在每个单元中，任何一条连续的线自身无任何交点，在包含多条连续的线的情况下，除了起始点外，该多条连续的线之间再无其他交点，且该多条连续的线相对于该起始点旋转对称分布。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李宏强，魏泽勇，
申请(专利权)人：李宏强，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]