一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构的制作方法

本发明属于电磁场与微波通信领域，尤其是一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构。

背景技术

频率选择表面由于其良好的电磁特征而被广泛应用于隐身材料和新型微波器材结构的中，它对不同的工作频率、极化状态和入射角度的电磁波具有频率选择特性，工作频率、极化状态和入射角度等参数在实际的领域中可以保证信号传输质量。

传统的十字型频率选择表面结构，由于常使用的结构带宽过大，容易造成与相邻波段重合，造成信息的干扰，影响通讯的质量；因此在相同极化波多角度入射时，其选择特性极不稳定，谐振频率发生很大漂移，表现出很差的角度稳定性；在大角度不同极化波入射时，谐振频率也会发生很大漂移，其极化稳定性也很差。传统的十字型降低了频率选择表面的性能，在现实中的使用范围也受到限制，因此采取单元复合的形式来改善上述的问题，最优选的为方形环，方形环的所有参数是传统频率选择表面中最好的，虽然稳定，但是由于其等效电路模型为：其中l表示fss单元结构的等效电感，c表示fss单元结构的等效电容，其只能单频带吸收。因此需要一种复合结构保证稳定性的同时可以提高吸波性能，保证通信的质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于：本发明提供了一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构，解决现有频率选择表面中十字形结构的角度稳定性和吸波性能较差、方形环结构的仅能单频带吸收的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构，包括从上至下依次设置有上层介质层、频率选择表面和下层介质层，所述频率选择表面的无源谐振单元包括三频带吸收结构和吸收特定波的方环形贴片，所述方环形贴片设置在三频带吸收结构上。

优选地，所述三频带吸收结构包括四个去除臂矩形的耶路撒冷十字架形贴片和相互垂直的支节，所述方环形贴片与耶路撒冷十字架形贴片呈中心重合设置，所述四个耶路撒冷十字架形贴片去除臂矩形处分别连接支节四个端点。

优选地，所述频率选择表面电阻为11.0ohm/sq，所述无源谐振单元长度为17.50mm。

优选地，所述耶路撒冷十字架形贴片的臂矩形宽度为0.70mm，其长度为3.00mm，支节长度为3.40mm，支节的宽度为0.7mm，方环形贴片宽度为2.00mm。

优选地，所述上层介质层和下层介质层采用相对介电常数ε'＝4，损耗角正切tanδ＝1的材料。

优选地，所述上层介质层高度为14.40mm，下层介质层的高度为3.70mm，上层介质层与下层介质层的长度和宽度均为18.00mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过三频带吸收结构复合方环形贴片，结构呈中心对称保证角度稳定性，耶路撒冷十字架形与支节复合实现吸收多个带宽的波；设置方环形贴片增强吸收特定波；解决了现有频率选择表面中十字形结构的角度稳定性和吸波性能较差、方形环结构的仅能单频带吸收的问题，达到了在6-8ghz的吸波范围内s11参数达到-20db、在2.2-2.8ghz和11-12ghz出现很大的吸收峰、在30°以下的入射波角度的6-8ghz范围内的吸波效果和角度稳定性良好的效果；

2.本发明通过加载两条相互垂直的支节，增加电长度，提高吸波效果，提高角度稳定性；

3.本发明将耶路撒冷十字架形进行折叠后加入支节，增加整个单元周长的同时降低空隙面积，根据等效原理，增加了品质因数，提高了fss单元的选择性，增强了吸收特定带宽的波的效果；

4.本发明的耶路撒冷十字架形与支节复合实现吸收三个带宽的波，避免了现有只能单频带吸收的缺点，提高了吸波性能；

5.本发明在耶路撒冷十字架形与支节复合基础上加方形环，提高吸收6-8ghz的吸收效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的频率选择表面示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为本发明的输入回波损耗s11示意图；

图4为本发明的吸波率示意图；

附图标记：1-上层介质层，2-频率选择表面，3-下层介质层，4-方环形贴片，5-支节，6-去除臂矩形的耶路撒冷十字架形贴片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

技术问题：解决现有频率选择表面中十字形结构的角度稳定性和吸波性能较差、方形环结构的仅能单频带吸收的问题。

技术手段：

一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构，包括从上至下依次设置有上层介质层1、频率选择表面2和下层介质层3，所述频率选择表面2的无源谐振单元包括三频带吸收结构和吸收特定波的方环形贴片4，所述方环形贴片4设置在三频带吸收结构上。

三频带吸收结构包括四个去除臂矩形的耶路撒冷十字架形贴片6和相互垂直的支节5，所述方环形贴片4与耶路撒冷十字架形贴片呈中心重合设置，所述四个耶路撒冷十字架形贴片去除臂矩形处分别连接支节5四个端点。

技术效果：本发明通过三频带吸收结构复合方环形贴片，结构呈中心对称保证角度稳定性，耶路撒冷十字架形与支节复合实现吸收多个带宽的波；设置方环形贴片增强吸收特定波；解决了现有频率选择表面中十字形结构的角度稳定性和吸波性能较差、方形环结构的仅能单频带吸收的问题，达到了在6-8ghz的吸波范围内s11参数达到-20db、在2.2-2.8ghz和11-12ghz出现很大的吸收峰、在30°以下的入射波角度的6-8ghz范围内的吸波效果和角度稳定性良好的效果。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

如图1-4所示，一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构，包括从上至下依次设置有上层介质层1、频率选择表面2和下层介质层3，所述频率选择表面2的无源谐振单元包括三频带吸收结构和吸收特定波的方环形贴片4，所述方环形贴片4设置在三频带吸收结构上。

三频带吸收结构包括四个去除臂矩形的耶路撒冷十字架形贴片6和相互垂直的支节5，所述方环形贴片4与耶路撒冷十字架形贴片呈中心重合设置，所述四个耶路撒冷十字架形贴片去除臂矩形处分别连接支节5四个端点。

频率选择表面2电阻为11.0ohm/sq，所述无源谐振单元长度为17.50mm。耶路撒冷十字架形贴片的臂矩形宽度为0.70mm，其长度为3.00mm，支节5长度为3.40mm，支节5的宽度为0.7mm，方环形贴片4宽度为2.00mm。上层介质层1和下层介质层3采用相对介电常数ε'＝4，损耗角正切tanδ＝1的材料。上层介质层1高度为14.40mm，下层介质层3的高度为3.70mm，上层介质层1与下层介质层3的长度和宽度均为18.00mm。

耶路撒冷十字架形与支节复合实现吸收三个带宽的波，避免了现有只能单频带吸收的缺点，提高了吸波性能；在耶路撒冷十字架形与支节复合基础上加方形环，增强吸收6-8ghz的吸收效果，略微降低了其他两个带宽的吸波效果；通过加载两条相互垂直的支节，降低频率选择表面的谐振频率，提高角度稳定性；将耶路撒冷十字架形进行折叠后加入支节，增加整个单元周长的同时降低空隙面积，根据等效原理，增加了品质因数，提高了fss单元的选择性，实现吸收特定带宽的波；等效原理细节如下：传统贴片单元，在平面波入射时，金属部分等效成电感，缝隙部分等效成电容，整个单元可等效为lc串联谐振电路，当入射波频率达到其谐振频率时，lc串联效果变为阻抗最小，两端口间的传输能力最弱，实现贴片结构的带阻滤波特性；其谐振频率可由确定，其中λe表示谐振波长，c表示真空中的光速，f0表示谐振频率；加入的相互垂直的支节，使整个等效电路的总电感l增加，总电容c基本不变，等效于增加了其等效特征阻抗，其等效阻抗的公式如下：

其中，rs表示fss单元结构的等效电阻，ls表示fss单元结构的等效电感，cs表示fss单元结构的等效电容，f表示频率，因为lc串联谐振电路的品质因数q与电感l成正比，所以品质因数q得以增加，整个fss单元的选择性变强，利于吸收特定带宽的波，提高了吸波效果。

如图3-4所示，图3是本发明频率选择表面结构的输入回波损耗s11的结果曲线图；在本实施例中，利用仿真软件对频率选择表面结构进行仿真，得到所述频率选择表面结构的s11仿真结果；由图3可知，该结构在6-8ghz的吸波范围内s11参数达到了-20db，这种结构在2.2-2.8ghz和11-12ghz出现了一个很大的吸收峰，在30°以下的入射波角度的6-8ghz范围内都有很好的吸波效果，拥有很好的角度稳定性；由图4可知，基于频率选择表面的复合宽带吸波结构在6-8ghz的带宽内吸收率在99％以上，吸收频带宽，吸波特性强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。