三通带宽频带频率选择表面结构及天线罩的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于空间滤波技术领域，具体涉及一种三通带宽频带频率选择表面结构及天线罩，可以作为雷达、卫星等通信系统的多频天线的天线罩。
【背景技术】
[0002]频率选择表面(Frequency Selective Surfaces,简称FSS)，是一种二维周期结构，由介质表面上周期排列的金属贴片或者金属屏上周期排布的缝隙单元构成，对通过该结构的电磁波具有带通(贴片)或者带阻(缝隙)的作用，相当空域滤波器，具有对入射角度和极化不敏感，频率选择性良好，制作实现简单等优良性能。常用于制作天线罩以达到航空航天中的雷达天线屏蔽与隐身，可用作天线的副反射面，也可以用作卫星通信用的极化选择器和极化分离器等。
[0003]多频带技术可以有效地提高通信系统的质量与通信容量，尤其是将频率选择技术合理巧妙地应用于多频带天线系统中，不仅可以使所需的信号自由进入各分系统，屏蔽无用信号，同时又可以有效克服传统多频天线结构复杂、尺寸大、栅瓣间相互干扰等缺点，设计出高选择透过性、排列紧凑、低剖面的多频带FSS?现有的多频带FSS结构复杂，存在着通带带宽小，平顶特性和陡降特性差等缺点，这在一定程度上限制了其多频带应用。
[0004]在天线的实际应用中，常常用天线罩来保护天线及其天线系统免受外界环境的干扰和影响，使其性能更加稳定，也可以减少腐蚀、延缓衰老以提高天线系统的使用寿命。由于天线罩位于天线近场，无可避免地会对天线性能产生诸多不良影响，使远场方向图波束指向偏转，增益下降，副瓣电平升高等等。
[0005]对天线罩应用FSS技术，在天线的工作频带范围内允许电磁波通过，呈带通特性；在非工作频带范围内则阻止电磁波通过，呈带阻特性。这样可使在通带内使电磁波几乎无衰减无影响地通过天线罩的同时，使后向散射的电磁波降低到很小，有效降低天线的RCS，也能有效反射和抑制其它无关电磁波对系统的侦察和干扰，提升天线整体性能。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题，针对现有频率选择表面结构复杂，较难实现多频带，通带带宽较窄，平顶特性以及陡降特性不好的缺陷，提供一种三通带宽频带频率选择表面结构及天线罩。
[0007]具体技术方案为:一种三通带宽频带频率选择表面结构，包括一层介质基板，以及位于介质基板上下两侧的两层相同的频率选择表面，所述频率选择表面由周期排列的贴片单元组成；所述贴片单元包括四边被切割成凹口的正方形贴片，所述凹口为矩形开口，且位于正方形轴线上，两两对应不连通，从每个矩形开口均延伸出一条矩形波形状的金属线，所述金属线均与周围相邻贴片单元的金属线相连；所述金属线位于正方形的两个对称轴上。
[0008]进一步，所述正方形贴片和金属线均为铜箔。
[0009]进一步，所述介质基本材料为F4BK。
[0010]进一步，所述介质层的厚度为4mm。
[0011]进一步，所述贴片单元的厚度为0.018mm。
[0012]进一步，所述贴片单元的尺寸为14.5mmX 14.5mm，正方形贴片的尺寸为1mmX 1mm,矩形开口的尺寸为4.2mmX 1.6mm，金属线线宽为0.2mm，金属线整体尺寸为
6.45mmX0.8mm。
[0013]本发明还提供了一种天线罩，用于安装在天线或者天线阵列之外，所述天线罩的电磁波入射面由上述三通带宽频带频率选择表面结构构成。
[0014]采用本发明获得的有益效果:(I)本发明的频率选择表面结构采用在介质两侧印制结构相同的金属贴片频率选择表面，结构简单，便于加工和制作；(2)本发明的频率选择表面结构，具有很宽的通带带宽，在O?18GHz的范围内可实现明显的三通带响应，三个通带的相对带宽从低频到高频的排列分别达到43.5%,24.3%,25.3% ； (3)本发明天线罩具有较好的频率选择特性，带内插损小于ldB，带外反射大，平顶特性与陆降特性良好；(4)本发明天线罩对大角度的适应性良好，在45°斜入射情况下能保持良好的性能；(5)本发明所采用的F4BK,介电常数小，对照射在该结构上的电磁波吸收和损耗小，具有优良的性能。
【附图说明】
[0015]图1为三通带宽频带频率选择表面结构示意图；
[0016]图2为贴片单元示意图；
[0017]图3为三通带宽频带频率选择表面结构仿真结果的反射系数、透射系数曲线图；
[0018]图4为本发明天线罩示意图；
[0019]图5为实际制作的三通带宽频带频率选择表面天线罩的近场实际测量结果示意图，包括在有FSS天线罩情况下的天线系统传输系数与无FSS天线罩情况下的天线传输系数；
[0020]图6为实际制作的三通带宽频带频率选择表面天线罩的远场实际测量结果示意图，包括在有FSS天线罩情况下的天线系统的传输系数与无FSS天线罩情况下的天线传输系数；
[0021]图7为实际制作的三通带宽频带频率选择表面天线罩的实际测量的传输系数与仿真传输系数的对比；
[0022]图8为实际制作的三通带宽频带频率选择表天线罩在O?60 □的电磁波入射情况下的传输系数。
[0023]图中:1.上层频率选择表面，2.介质基板，3.下层频率选择表面，11.贴片单元，111.四边被切割成凹口的正方形贴片，112.金属线，113.矩形开口，x，y，z表示三维空间坐标系的坐标轴
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明做进一步详细论述:
[0025]如图1，本发明的三通带宽频带频率选择表面结构，包括频率选择表面1，介质基板2，频率选择表面3，其中频率选择表面I和频率选择表面3具有相同的结构与尺寸，都由周期排列的贴片单元11组成，贴片单元11由四边被切割成凹口的正方形贴片111和4个相同结构尺寸的矩形波形状的金属线112所组成，如图2、4所示，频率选择表面I和频率选择表面3均是在两面覆铜的介质基板2上蚀刻出来的。呈二维的周期排列的贴片单元11尺寸为l_unitX l_unit，周期也为l_unit X l_unit，其中，四边被切割成凹口的正方形贴片111由尺寸为l_patchXl_patch的正方形以两条对称轴为参考轴切割4个相同的矩形而成，所述切割的矩形开