一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器，包括有多行，每一行包括多个周期单元；各行中的周期单元以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交叉等间距排布，任一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元呈60°排布；周期单元呈正方形，包括金属层与硅材料层，金属层分布于两层硅材料层的之间，三者紧密贴合；金属层的厚度在3-5um之间，硅材料层的厚度均在370-374um之间；金属层整体成平板型，其中央位置开有“十”字形的圆角缝隙，圆角半径为取值为3-4um,十字缝隙的四个臂完全相同，各部分长、宽、边距等完全相等，位置相对于中间区域严格对称。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁场与微波
，特别涉及一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器。
技术介绍
空间滤波器，又称频率选择表面(Frequency Selective Surfaces,FSS)是一种具有频率选择特性的二维周期结构。作为一种新型的选频器件，由于其在毫米波段及亚毫米波段具有比传统滤波器更多的优点，因而在军事和民用领域有十分广泛的应用，FSS已经成为近些年的一个研究热点。随着微波遥感技术的进步，毫米波亚毫米波星载探测系统已成为一个主流趋势，其工作频率正向太赫兹方向发展，通过使用空间滤波器，可以实现多频段复用，因而空间滤波器成为准光学分频网络中的核心部件之一。用于准光学分频网络中的空间滤波器应当满足以下技术要求1、入射角固定根据分频网络结构的要求，入射波的入射角限制为45°，这就要求在设计时考虑这一因素，以实现最佳选频特性。2、低损耗空间滤波器的损耗来源较多，有热损耗、插入损耗、栅瓣损耗等，因此在设计中要综合考虑周期图案单元的尺寸、形状及介质层的特性，以达到设计指标要求的带宽、工作频率、透射系数和反射系数。3、极化稳定 性空间滤波器在不同极化波的激励下，应具有稳定的工作特性。空间滤波器的工作频率与尺寸有关，工作频率越高，尺寸越小。此外，空间滤波器的工作频率还与其形状有关。特定工作频率下的空间滤波器具有特定的形状。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计出工作频率为424GHz的亚毫米波空间滤波器，从而为准光学微波遥感探测设备的前段网络提供可靠的分频器件。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器，对于TE和TM极化波，其中心频率为保持在424GHz，45° TE波激励下的3dB工作频带为412-435GHz，45° TM波激励下的3dB工作频带为411_430GHz，该滤波器包括有多行，每一行包括多个周期单元；各行中的周期单元以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交叉等间距排布，任一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元呈60°排布；所述周期单元成正方形，每个单元的边长在295-305um之间；所述周期单元包括一层金属层与两层硅材料层，所述两层硅材料层的物理特性和几何参数完全一致，所述金属层覆盖于所述两层的硅材料层的之间，三者紧密贴合；所述金属层的厚度在3-5um之间，所述硅材料层的厚度均在370-374um之间；所述金属层整体成平板型，其中央位置开有“十”字形的缝隙，所述缝隙包括中间区域与上下左右的四个区域；其中，中间区域为小正方形，其边长与其他四个区域的宽度相等；上下左右四个区域是四个臂，为矩形，外侧呈圆角，圆角半径为3-4um，臂长为中心频率对应波长的12%-13%之间，宽度为中心频率对应波长的5%-6%，且这四个区域大小相等，形状相同，位置相对于中间区域严格对称；所述金属层采用镀金材料实现；所述的硅材料层采用熔融石英或Si02晶体制成，其相对介电常数在3. 7-4之间，损耗角正切在O. 0001-0. 0002之间。上述技术方案中，所述上下左右的四个区域为圆角矩形。上述技术方案中，所述周期单元的边长为300um。上述技术方案中，所述金属层的厚度为4um。上述技术方案中，所述硅材料层的厚度均为372um。本专利技术的优点在于1、单元结构完全对称，在工作频段对于TE和TM极化波的频率响应稳定；2、工作频带宽，3dB带宽达20GHz以上；3、工作频段的功率传输曲线陡峭，对带外频率的隔离度高，选择性好；4、插入损耗小，滤波特 性好；5、结构简单，便于加工；6、所选用材料的物理特性稳定，在加工成型后，实际应用中特性漂移小。附图说明图1为本专利技术的空间滤波器的周期单元排列的俯视图；图2为本专利技术的空间滤波器整体分层结构的示意图；图3为本专利技术的空间滤波器对于TE极化波和TM极化波的频率响应曲线；图4为本专利技术的空间滤波器对于TE极化波和TM极化波的相位特性曲线；具体实施例方式现结合附图对本专利技术作进一步的描述。本专利技术的频率选择表面包括多个周期单元，每一周期单元具有相同的结构。下面首先对周期单元的结构加以描述。图1为本专利技术的空间滤波器的周期单元排列的俯视图，图2为本专利技术的空间滤波器整体分层结构的示意图(为了方便区分，在图中将三层结构分开，实际应用中三层结构紧密贴合，没有间隔)。从图1和图2可以看出，所述的周期单元成正方形，其边长H的取值在295-305um之间。所述周期单元包括一层金属层与两层硅材料层，两层硅材料层的物理特性和几何参数完全一致，所述金属层覆盖于所述两层的硅材料层的之间，三者紧密贴合。所述金属层的厚度T2的取值在3-5um之间。所述硅材料层的厚度Tl和T3取值在370_374um之间。作为一种优选实现方式，在本实施例中，所述周期单元的边长为300um，所述金属层的厚度为4um,可采用镀金材料实现。所述娃材料层的厚度为372um。所述的金属层采用“十”字形的缝隙构型，即金属层整体成平板状，在其中央开有“十”字形的缝隙，该缝隙包括五个区域，即中间区域与上下左右的四个区域；其中，中间区域为小正方形，其边长与其他四个区域的宽度相等；上下左右四个区域是四个臂，为矩形，外侧呈圆角，圆角半径为R取3-4um，臂长L的取值为中心频率对应波长的12%_13%之间，宽度W2为中心频率对应波长的5%-6%，且这四个区域大小相等，形状相同，位置相对于中间区域严格对称。作为一种优选实现方式，在本实施例中，圆角半径为R取值为中心频率对应波长的2. 0%，臂长L的取值为为中心频率对应波长的12. 4%，圆角一侧的边长Wl取值为中心频率对应波长的2. 3%，所述中间区域小正方形的边长W2取值为中心频率对应波长的5. 6%。所述的硅材料层采用熔融石英或SiO2晶体制成，其相对介电常数在3. 7-4之间，损耗角正切在O. 0001-0. 0002之间，以保证空间滤波器的工作特性得到最大限度的优化。以上是对本专利技术的空间滤波器的周期单元的描述。下面对所述周期单元的排布方式加以说明。参考图1，本专利技术的空间滤波器包括有多行，每一行中的周期单元都以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交错排布，如某一周期单元左、右两侧的边缘与相邻行的周期单元的中心线对齐。这就使得一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元成60°排布，S卩某一周期单元上边缘的中心点、其下边缘两侧的顶点、下一行中与该周期单元相邻的两个周期单元的上边缘的中心点(共两个点)、下一行中与该周期单元相邻的左边的周期单元左侧的顶点、下一行中与该周期单元相邻的右边的周期单元右侧的顶点相连，形成一个等边三角形。本专利技术的空间滤波器具有良好的工作特性，图3为该空间滤波器对应TE极化波和TM极化波激励下的功率传输特性曲线，图4为该空间滤波器对应TE极化波和TM极化波激励下的相位特性曲线，从图中可以看出，其对于两种极化波，具有稳定的频率响应特性。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利 要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器，其特征在于，对于TE和TM极化波，其中心频率为保持在424GHz，45°TE波激励下的3dB工作频带为412?435GHz，45°TM波激励下的3dB工作频带为411?430GHz，该滤波器包括有多行，每一行包括多个周期单元；各行中的周期单元以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交叉等间距排布，任一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元呈60°排布；所述周期单元成正方形，每个单元的边长在295?305um之间；所述周期单元包括一层金属层与两层硅材料层，所述两层硅材料层的物理特性和几何参数完全一致，所述金属层覆盖于所述两层的硅材料层的之间，三者紧密贴合；所述金属层的厚度在3?5um之间，所述硅材料层的厚度均在370?374um之间；所述金属层整体成平板型，其中央位置开有“十”字形的缝隙，所述缝隙包括中间区域与上下左右的四个区域；其中，中间区域为小正方形，其边长与其他四个区域的宽度相等；上下左右四个区域是四个臂，为矩形，外侧呈圆角，圆角半径为3?4um,臂长为中心频率对应波长的12%?13%之间，宽度为中心频率对应波长的5%?6%，且这四个区域大小相等，形状相同，位置相对于中间区域严格对称；所述金属层采用镀金材料实现；所述的硅材料层采用熔融石英或SiO2晶体制成，其相对介电常数在3.7?4之间，损耗角正切在0.0001?0.0002之间。...

【技术特征摘要】
1.一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器，其特征在于，对于TE和TM 极化波，其中心频率为保持在424GHz，45° TE波激励下的3dB工作频带为412_435GHz， 45° TM波激励下的3dB工作频带为411-430GHZ，该滤波器包括有多行，每一行包括多个周期单元；各行中的周期单元以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交叉等间距排布，任一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元呈60°排布；所述周期单元成正方形，每个单元的边长在295-305um之间；所述周期单元包括一层金属层与两层硅材料层，所述两层硅材料层的物理特性和几何参数完全一致，所述金属层覆盖于所述两层的硅材料层的之间，三者紧密贴合；所述金属层的厚度在3-5um之间，所述硅材料层的厚度均在370-374um之间；所述金属层整体成平板型，其中央位置开有“十”字形的缝隙，所述缝隙包括中间区域与上下左右的四个区域；其中，中间区域为小正方形，其边长...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏步刚，张德海，孟进，黄健，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：