一种具有双通带特性的频率选择表面结构的制作方法

1.本发明涉及电磁波与微波技术领域，特别涉及一种具有双通带特性的频率选择表面结构。


背景技术：

2.频率选择表面（frequency selective surface，简称fss）是指由周期性排列的金属单元或金属层上周期排布的镂孔单元构成的一维或二维周期阵列结构，这种周期结构对不同频率的电磁波呈现选择性反射或透射特性，本质上是一种空间滤波器，广泛应用于电磁领域的各个方面，包括用于雷达天线罩、电磁屏蔽、多频反射面天线、电磁吸波材料等多个领域。
3.fss结构的频率响应特性与fss的单元类型和尺寸、排列方式、周期、介质基板加载方式、介质基板的介电常数等有关。fss结构可以用于军事装备的雷达带外隐身，战斗机和舰艇通过在雷达天线罩上加载fss，可以实现工作频段内电磁信号低损耗传输，对工作频带外的电磁信号进行抑制，从而实现雷达带外隐身的功能。雷达天线罩对于频率选择的稳定性、入射角度稳定性和极化稳定性有着极高的要求，电磁波的入射角度和极化方式对滤波特性影响很大，入射角度稳定性和极化稳定性一直是fss研究的重要指标，也是研究的难点之一。
4.随着无线通信的不断发展，现代技术对信号容量和通信质量的需求逐渐提升，单频段的fss结构不能满足高通信容量的要求，为了实现多频通信，双频段和多频带的fss结构已经成为研究热点。对于多频通信的雷达天线罩，设计具备优良角度稳定性和极化稳定性的的多频带fss结构十分必要。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种具备优良角度稳定性和极化稳定性的具有双通带特性的频率选择表面结构，以解决当前频率选择表面结构滤波频段单一、滤波特性角度稳定性较差的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有双通带特性的频率选择表面结构，由若干个相同的单元结构周期排列组成，其中所述单元结构包括横截面为正方形的介质基板和分别平行设置在介质基板上下表面且横截面与介质基板相同的第一金属层和第二金属层；所述第一金属层上设置四个成中心对称的正字形镂孔单元，所述四个正字形镂孔单元围绕对称中心依次旋转90
°
设置；所述第二金属层包括四个成中心对称的正字形金属贴片单元，所述第二金属层与所述第一金属层的对称中心重合，所述四个正字形金属贴片单元与所述四个正字形镂孔单元互补且对应设置。
7.进一步地，所述第一金属层和第二金属层采用光刻技术或印刷电路板制备工艺设
置在所述介质基板的上下表面上。
8.进一步地，所述第一金属层的材料为au，cu， ag和al中的一种，所述第二金属层的材料为au，cu， ag和al中的一种，所述介质基板的材料为纤维、树脂材料或纤维/树脂复合材料。
9.进一步地，所述介质基板的相对介电常数εr=2.65，厚度h=1mm。
10.进一步地，所述介质基板、第一金属层和第二金属层的横截面尺寸为6.6mm
×
6.6mm。
11.本发明提供的一种具有双通带特性的频率选择表面结构，在4.27ghz和9.96ghz两个频率处具有极强的滤波特性，能够保证工作在这两个频段的卫星通信信号通过不被其他频率信号干扰。该结构为中心对称结构，其滤波特性具有极强的极化稳定性，在te和tm极化下的电磁波入射时谐振频率能够保持较高的稳定性。并且该结构在0
°‑ꢀ
60
°
的电磁波入射下，两个通频带的谐振频率几乎无偏差，表现出良好的角度稳定特性。同时，该结构尺寸较小、结构简单、易于加工，不仅具有良好的小型化特性，而且还成本较低，具有较高的经济效益。
附图说明
12.图1为本发明实施例提供的具有双通带特性的频率选择表面结构的单元结构的3d示意图；图2为本发明实施例提供的具有双通带特性的频率选择表面结构的单元结构的第一金属层结构参数图；图3为本发明实施例提供的具有双通带特性的频率选择表面结构的单元结构的第二金属层结构参数图；图4为本发明实施例提供的具有双通带特性的频率选择表面结构在电磁波te极化方式垂直入射时的传输特性图；图5为本发明实施例提供的具有双通带特性的频率选择表面结构在电磁波tm极化方式垂直入射时的传输特性图；图6为本发明实施例提供的具有双通带特性的频率选择表面结构在电磁波te极化方式下不同入射角度入射的传输特性图；图7为本发明实施例提供的具有双通带特性的频率选择表面结构在电磁波tm极化方式下不同入射角度入射的传输特性图。
具体实施方式
13.本发明实施例提供的一种具有双通带特性的频率选择表面结构，由若干个相同的单元结构周期排列组成。参见图1，单元结构包括横截面为正方形的介质基板2，及分别平行设置在介质基板2上表面的第一金属层1和下表面的第二金属层3。其中，第一金属层1和第二金属层3的横截面与介质基板2的横截面相同，也为正方形横截面。第一金属层1和第二金属层3平行且相对于介质基板2对称，分别加载于在介质基板2的上下表面。
14.参见图2，第一金属层1上设置四个成中心对称的正字形镂孔单元，四个正字形镂孔单元围绕对称中心依次旋转90
°
设置，即，相邻两个正字形镂孔单元围绕对称中心旋转
90
°
后能够重合。
15.参见图3，第二金属层3包括四个成中心对称的正字形金属贴片单元，其中，第二金属层3与所述第一金属层1的对称中心重合，并且，第二金属层3的四个正字形金属贴片单元与第一金属层1的四个正字形镂孔单元互补且对应设置，即，第二金属层3的四个正字形金属贴片单元围绕其对称中心依次旋转90
°
设置，也即，相邻两个正字形金属贴片单元围绕对称中心旋转90
°
后能够重合。同时，第二金属层3的四个正字形金属贴片单元与第一金属层1的四个正字形镂孔单元的形状和对应尺寸相同。
16.其中，第一金属层1和第二金属层3采用光刻技术或印刷电路板制备工艺加载于介质基板2的上下表面上。
17.其中，第一金属层1的材料为au，cu， ag和al中的一种，所述第二金属层3的材料为au，cu，ag和al中的一种，介质基板2的材料为纤维、树脂材料或纤维/树脂复合材料。
18.下面通过实施例对本发明提供的一种具有双通带特性的频率选择表面结构做具体说明。
19.本发明实施例提供的一种具有双通带特性的频率选择表面结构，所述双通带指的是c波段和x波段。该频率选择表面结构由若干个相同的单元结构周期排列组成，其单元结构排布方式为正方形排列，阵列周期d
x
=dy=6.6mm。参见图1，单元结构从上到下依次包括第一金属层1、介质基板2和第二金属层3。
20.作为本发明的一种具体实施方式，第一金属层1由铜制成，参见图2，第一金属层1开设有四个正字形镂孔单元，四个正字形镂孔单元分别围绕对称中心依次旋转90
°
设置，构成中心对称结构。其中，第一金属层1的详细几何参数参见表1。
21.作为本发明的一种具体实施方式，第二金属层3由铜制成。参见图3，第二金属层3为四个正字形贴片单元，四个正字形贴片单元分别围绕对称中心依次旋转90
°
设置。第二金属层3的四个正字形贴片单元与第一金属层1的四个正字形镂孔单元为互补结构，形状和尺寸相同。第二金属层3的详细几何参数参见表1。
22.表1参数d
xdy
lwehkmns值(mm)6.66.630.40.91.82.20.451.30.1作为本发明的一种具体实施方式，介质基板2的相对介电常数εr=2.65，厚度h=1mm。
23.作为本发明的一种具体实施方式，介质基板2、第一金属层1和第二金属层3的横截面尺寸为6.6mm
×
6.6mm。
24.为了验证本发明实施例的频率选择表面结构的性能，分别对其在不同极化方式和入射角度下的滤波特性进行仿真分析。
25.参见图4，本发明实施例在te极化下的电磁波垂直入射时双通带频率选择表面的传输特性曲线，从图4可以看出，所述频率选择表面结构的两个谐振频带的中心谐振频率分别为4.27ghz和9.96ghz，在4.27ghz谐振频率处，-3db带宽为1.21ghz；在9.96ghz谐振频率处，-3db带宽为0.63ghz。在te极化模式下，该频率选择表面结构在4.27ghz和9.96ghz附近具有良好的传输特性，能够抵抗带外信号的干扰。
26.参见图5，本发明实施例在tm极化下的电磁波垂直入射时双通带频率选择表面的
传输特性曲线，从图5可以看出，本发明实施例的频率选择表面结构的两个谐振频带分别谐振在4.27ghz和9.96ghz附近，在4.27ghz谐振频率处，-3db带宽为1.23ghz；在9.96ghz谐振频率处，-3db带宽为0.64ghz。在tm极化模式下，该频率选择表面结构在4.27ghz和9.96ghz附近具有良好的传输特性，能够抵抗带外信号的干扰。
27.结合图4和图5的滤波特性曲线，本发明实施例的频率选择表面结构在te极化和tm极化方式下，具有c波段和x波段双通带的滤波性能，本发明实施例的频率选择表面结构具有良好的极化稳定性。
28.为了研究本发明实施例的频率选择表面结构的角度稳定性，将te极化方式和tm极化方式电磁波分别以入射角度为0
°
、30
°
、45
°
和60
°
入射到本发明实施例的频率选择表面结构上，研究该结构的滤波特性。
29.参见图6，是本发明实施例的频率选择表面结构在te极化波以不同入射角度入射时的传输特性。从图6可以看出，在te极化波入射角度从时0
°
增加到60
°
时，该频率选择表面结构在4.27ghz和9.96ghz处具有稳定的传输特性，在入射角增至60
°
时两频带的中心频率偏移很小，仅为0.9%。参见图7，是本发明实施例的频率选择表面结构在tm极化波以不同入射角度入射时的传输特性，从图7可以看出，该频率选择表面结构在tm极化波以不同角度入射时，两个谐振频带的中心频率偏移仍然很小，仅为1.2%。
30.综合图6和图7可以看出，本发明实施例的频率选择表面结构在te极化波和tm极化波以不同角度入射时，始终在c波段和x波段具有稳定的双通带滤波特性，能够有效通过卫星通信信号不被其他频率信号所干扰，即本发明实施例的频率选择表面结构具有优良的角度稳定性。
31.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。