本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种高角度稳定的频率选择表面，可用于反射面天线等诸多对频率选择表面的角度稳定性有严格要求的场景。
背景技术
频率选择表面fss(frequencyselectivesurface)是一种由谐振单元周期排列组成的二维周期结构。频率选择表面根据单元的结构可分为贴片型和孔径型，贴片型频率选择表面多表现带阻特性，孔径型频率选择表面多表现带通特性。这些特性使得频率选择表面在空间滤波器、天线反射器等民用领域的应用十分广泛。频率选择表面在上述领域内应用时面临一个问题，即在有限区域内使用频率选择表面时，如果频率选择表面的单元尺寸比较大，有限区域内的单元个数就会比较少，会影响频率选择表面的相关性能，例如：频率选择表面对入射波入射角的低敏感性会恶化。因此，频率选择表面单元尺寸的小型化是近年来的一个研究热点。
针对频率选择表面的小型化，国内也出现了一些比较新颖的2.5d频率选择表面单元结构，如授权公告号cn104064840b，名称为“小型化带阻型频率选择表面”的中国专利，公布了一种小型化带阻型频率选择表面，包括位于介质基板上下表面的各两个开口方向相对的开口金属环，且在电磁波入射方向上相互垂直交错，并由四个金属通孔将金属环的开口端对应上下连接。该发明的设计结构尺寸仅为0.05个谐振波长，实现了小型化，但是该结构只能在入射角度为0°～60°的范围内保持性能稳定，无法满足在入射角度大于60°时谐振频率稳定的需求。因此，需要进一步设计出在小型化的基础上具有高角度稳定的频率选择表面。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种高角度稳定的频率选择表面，用于解决现有频率选择表面存在的角度稳定性较低的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括m×n个周期排列的频率选择表面单元，m≥5，n≥5，所述频率选择表面单元，采用2.5d结构，包括介质基板1和印制在介质基板1上表面和下表面上的金属贴片2；
所述金属贴片2，包括由两个相对设置的开口金属环21组成的金属环对和由两个相对设置的开口金属贴片22组成的金属贴片对，其中：
所述开口金属环21，采用由多段曲折金属贴片连接而成的带有开口的环状结构；
所述开口金属贴片22，采用三个顶点设置有缺口的长方形贴片结构，长方形贴片的一个长边上设置有平行于短边的第一矩形槽224，另一个长边上设置有平行于第一矩形槽224，且位于该第一矩形槽224两侧的第二矩形槽225和第三矩形槽226；
所述介质基板1同一表面上两个开口金属环21的开口方向相对，且关于介质基板1的法线180度旋转对称；
所述介质基板1同一表面上两个开口金属贴片22上的第一矩形槽224的槽口方向相对，且该两个开口金属贴片22关于介质基板1的法线180度旋转对称；
所述介质基板1，其下表面的金属环对，位于上表面的金属环对在下表面上的投影旋转90度的位置，且上表面上的开口金属环对的开口端与下表面上的开口金属环对的开口端相应位置之间，通过金属化过孔3连接；
所述介质基板1，其下表面的金属贴片对，位于上表面的金属贴片对在下表面上的投影旋转90度的位置。
上述一种高角度稳定的频率选择表面，所述介质基板1，采用相对介电常数为2.0～4.4的正方型板材，其边长为t＝6mm～8mm，厚度为h＝1mm～3mm。
上述一种高角度稳定的频率选择表面，所述开口金属环21，其线宽为w＝0.1mm～0.3mm，该开口金属环21的两个开口端位置各连接一个矩形金属贴片216。
上述一种高角度稳定的频率选择表面，所述开口金属贴片22，其三个顶点设置的缺口均为矩形缺口。
上述一种高角度稳定的频率选择表面，所述开口金属环21，其一个开口端位置连接的矩形金属贴片216，与邻近开口金属贴片22上设置的矩形缺口221之间的距离为g＝0.1mm～0.4mm。
上述一种高角度稳定的频率选择表面，所述介质基板1，其表面上一个开口金属环21两个端点之间的连线方向与同一表面印制的一个开口金属贴片22第一矩形槽224的槽口方向相互平行。
上述一种高角度稳定的频率选择表面，所述金属化过孔3，其半径r＝0.1mm～0.25mm。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明在介质基板上下表面印制由两个相对设置的开口金属环组成的金属环对和由两个相对设置的开口金属贴片组成的金属贴片对，介质基板上下表面上印制的开口金属环开口端相应位置之间，通过金属化过孔连接，形成2.5d结构的频率选择表面单元，实现了小型化特性，开口金属环的曲折结构和开口金属贴片的开口、开槽结构，为频率选择表面单元提供了较大的电感和电容，减小了单元尺寸，降低了对电磁波大角度入射时谐振频率的偏移量，与现有技术相比，有效提高了频率选择表面的角度稳定特性。
附图说明
图1是本发明频率选择表面单元的整体结构示意图；
图2是本发明金属贴片的结构示意图；
图3和图4是本发明开口金属环的结构示意图；
图5和图6是本发明开口金属贴片的结构示意图；
图7是本发明在不同角度te极化入射波照射下的透射系数曲线图；
图8是本发明在不同角度tm极化入射波照射下的透射系数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述：
实施例1
参照图1，一种高角度稳定的频率选择表面单元，所述频率选择表面单元，包括介质基板1和印制在介质基板1上下表面上的金属贴片2，以及金属化过孔3。
所述介质基板1，采用相对介电常数为2.2的正方型板材，其边长为t＝6.7mm，厚度为h＝1.6mm。
所述介质基板1，其下表面的金属环对，位于上表面的金属环对在下表面上的投影旋转90度的位置，且上表面上的开口金属环对的开口端与下表面面上的开口金属环对的开口端相应位置之间，通过金属化过孔3连接，金属化过孔3所连接两个表面上的开口金属环对的对应端口间连线与介质基板1的法线平行，形成2.5d频率选择表面单元结构，该结构有助于减小频率选择表面单元的电尺寸，提高小型化效果。
所述金属化过孔3，其半径r＝0.15mm。
所述介质基板1，其下表面的金属贴片对，位于上表面的金属贴片对在下表面上的投影旋转90度的位置。
所述金属贴片2，包括由两个相对设置的开口金属环21组成的金属环对和由两个相对设置的开口金属贴片22组成的金属贴片对，其结构如图2所示，其中：
所述介质基板1同一表面上的两个开口金属环21的开口方向相对，且该两个开口金属环21关于介质基板1的法线180度旋转对称，两个开口金属环没有相接或者重合部分。
所述介质基板1同一表面上的两个开口金属贴片22第一矩形槽224的槽口方向相对，且该两个开口金属贴片22关于介质基板1的法线180度旋转对称，两个开口金属贴片没有相接或者重合部分；旋转对称结构增加了频率选择表面单元在不同极化、不同入射角度下的频率响应稳定性。
所述开口金属环21，其一个开口端位置连接的矩形金属贴片216，与邻近开口金属贴片22上设置的矩形缺口221之间的距离为g＝0.2mm。
所述介质基板1，其一个表面上的一个开口金属环21两个端点之间的连线方向与同一表面印制的一个开口金属贴片22第一矩形槽的槽口方向相互平行。
所述开口金属环21，如图3和图4，采用由“s”型金属贴片211、“u”型金属贴片212、“l”型金属贴片213、“c”型金属贴片214、“l”型金属贴片215依次首尾相接而成的带有开口的环状结构。
所述开口金属环21，其线宽为w＝0.2mm，该开口金属环21的起点开口端位置各连接一个矩形金属贴片216，该矩形金属贴片的边长均为m＝0.6mm。由多段曲折金属贴片连接而成的带有开口环状结构的开口金属环21，为频率选择表面单元提供了较大的电感。
所述“s”型金属贴片211由两段长度为d2＝2.05mm和一段长度为d2-m＝1.45mm的金属条带，通过长度为d＝0.25的短金属条带依次连接而成，“s”型金属贴片211一端长度为d2的边，延长距离d3＝0.5mm与“u”型金属贴片212的左侧长臂相连，“u”型金属贴片212的左侧臂长d4＝2.1mm，底边长d5＝1.2mm，右侧短臂长d6＝1.65mm，“u”型金属贴片212的右臂与“l”型金属贴片213的长边相连，“l”型金属贴片213的长边的长度为d7＝1.05mm，短边的长度为d4-d6＝0.45mm“l”型金属贴片213的短边与“c”型金属贴片214的一端相连，“c”型金属贴片214中与“l”型金属贴片213的短边相连边的长度为d8＝0.7mm，中间部分边长为d9＝6.6mm，另一端边长为d1＝0.25mm，“c”型金属贴片214的另一端与“l”型金属贴片215相连，“l”型金属贴片215的短边为d1＝0.25mm，长边为d10＝5.5mm。
所述开口金属贴片22，如图5和图6，采用三个顶点设置有缺口的长方形贴片结构，该长方形的长边为(e3+e4+3×d1+4×w)＝4.4mm，短边为(e1+e2+w)＝2.05mm，长方形贴片的下长边上设置有平行于短边的第一矩形槽224，其到长方形贴片结构的左短边距离为(e3+2×w+d1)＝2.5mm，上长边上设置有平行于第一矩形槽224，且位于该第一矩形槽224两侧的第二矩形槽225和第三矩形槽226。三个槽口的开口宽度均为d1＝0.25mm，开口深度为(e1+e2)＝1.85mm，相邻槽在长方形贴片长边方向上的间距w＝0.2mm。
所述矩形缺口221为一个边长为e1＝0.8mm的正方形，其设置于长方形贴片的左上角；矩形缺口222为一个长边为e3＝1.85mm，短边为e2＝1.05mm的矩形，其设置于长方形贴片的左下角；矩形缺口222与矩形缺口221在长方形贴片短边方向的间距为w＝0.2mm，矩形缺口223为一个长边为e5＝0.8mm，短边为e6＝0.4mm的矩形，其设置于长方形贴片的右上角。采用三个顶点设置有缺口的长方形贴片结构的金属贴片22，为频率选择表面单元提供了较大的电容，实现小型化的目的。
实施例2
本实施例与实施例1的结构相同，仅对如下参数作了调整：
介质基板1采用相对介电常数4.4，长度为t＝8mm，厚度为h＝3mm，金属贴片的长度a为7.9mm，线宽w＝0.1mm，g＝0.1mm，r＝0.25mm。
实施例3
本实施例与实施例1的结构相同，仅对如下参数作了调整：
介质基板1采用相对介电常数4.4，长度为t＝6mm，厚度为h＝3mm，金属贴片的长度a为5.9mm，线宽w＝0.3mm，g＝0.3mm，r＝0.1mm。
以下通过仿真实验，对本发明的技术效果作进一步说明：
1、仿真条件和仿真内容：
仿真利用商业软件hfss_15.0。
仿真1，对本发明实施例1中的te波从入射角0°～87°的传输系数曲线进行仿真，其结果如图7所示。
仿真2，对本发明实施例1中的tm波从入射角0°～87°的传输系数曲线进行仿真，其结果如图8所示。
2、仿真结果分析：
参照图7和图8，分别是对于te波和tm波从入射角0°～87°的传输系数曲线，可以看到在2.27ghz频率附近产生了阻带，对应自由空间波长133.3mm，本发明在该实施例中单元尺寸是0.05个谐振波长，通过以上仿真结果说明，本发明提出的频率选择表面，在实现单元结构小型化的同时，又提高了结构对不同入射角度的稳定性。
以上描述仅是本发明的三个实施例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，再了解接本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理和结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求和保护范围内。