宽通带超宽阻带频率选择表面结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及宽通带超宽阻带频率选择表面结构，包括细方环阵列层、螺旋曲折线阵列层和粗方环阵列层，细方环阵列层、螺旋曲折线阵列层和粗方环阵列层分别蚀刻在上表面内侧介质板、中间金属层下侧介质板和下表面外侧介质板上，上表面内侧介质板与中间金属层上侧介质板之间还设置有上侧泡沫材料夹层，中间金属层下侧介质板与下表面内侧介质板之间还设置有下侧泡沫材料夹层。本发明的优点在于：单元尺寸小、厚度薄、传输损耗小、通带宽、带外抑制良好，还兼具有超宽阻带、电磁波扫描角域宽以及频率响应沿方位角扫描稳定的有益效果，可以广泛应用于雷达、卫星通信和飞行器等平台中的天线罩设计。
【专利说明】
宽通带超宽阻带频率选择表面结构
技术领域
[0001]本发明涉及频率选择表面天线罩技术领域，特别是宽通带超宽阻带频率选择表面结构。
【背景技术】
[0002]现代通信、雷达、飞行器及电子对抗系统中，常常要求天线有一定的工作频率带宽，而且希望在天线的工作频带之外对不需要频率的电磁信号有一定的抑制，即具备抗干扰能力。因此在这些系统中，通常要求其所使用的频率选择表面天线罩在通带内有低插入损耗、宽扫描角域和角度稳定性好等特性，尽量不影响天线原有的辐射性能;在通带之外要求有优良的宽带甚至是超宽带带外抑制效果，可以对带外信号进行有效反射，降低干扰频率分量的影响。在实际的应用中，还希望天线罩具有一定的机械强度和耐腐蚀特性，可以保护天线免受雨雪、高温及风沙侵蚀。
[0003]而现有研究，多数考察的是在工作频率范围内频率选择表面对电磁波的透射能力，传输带宽通常有限，而且对带外抑制效果讨论较少。但是宽通带超宽阻带频率选择表面天线罩是具有广阔应用前景的。如何设计有良好的宽带传输特性兼具优良的超宽带带外抑制，是频率选择表面天线罩一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种宽通带超宽阻带频率选择表面结构，其在O?45°入射角域内具有低插入损耗和沿方位角扫描性能稳定的特点。同时，在通带外具有超宽阻带特性，阻带频率范围内对电磁波传输抑制大于20dB。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案来实现:宽通带超宽阻带频率选择表面结构，包括细方环阵列层、螺旋曲折线阵列层和粗方环阵列层，细方环阵列层通过PCB光刻工艺蚀刻在上表面内侧介质板上，细方环阵列层由多个细方环单元组成，且多个细方环单元呈矩形阵列排布，细方环阵列层的上方覆盖有上表面外侧介质板，螺旋曲折线阵列层通过PCB光刻工艺蚀刻在中间金属层下侧介质板上，螺旋曲折线阵列层由多个螺旋曲折线单元组成，且多个螺旋曲折线单元呈矩形阵列排布，螺旋曲折线阵列层上方覆盖有中间金属层上侧介质板，粗方环阵列层通过PCB光刻工艺蚀刻在下表面外侧介质板上，粗方环阵列层由多个粗方环单元组成，且多个粗方环单元呈矩形阵列排布，上表面内侧介质板与中间金属层上侧介质板之间还设置有上侧泡沫材料夹层，中间金属层下侧介质板与下表面内侧介质板之间还设置有下侧泡沫材料夹层。
[0006]作为优选地，所述的细方环单元、螺旋曲折线单元和粗方环单元均为90°旋转对称结构。
[0007]作为优选地，所述的细方环单元、螺旋曲折线单元和粗方环单元的周期均小于中心频率所对应的工作波长的1/50。
[0008]作为优选地，上侧泡沫材料夹层和下侧泡沫材料夹层的介电常数为1.1。
[0009]本发明具有以下优点:
1.在O?45°电磁波入射角域和工作频率范围之内，TE和TM极化波的传输损耗均较小，旋转对称的金属单元对TE和TM波响应一致性较好。
[0010]2.新颖螺旋曲折线单元在有限周期下有效延长了电流路径，并且采用多层金属层级联结构，提高了通带带宽。
[0011 ] 3.金属阵列两侧加载有高强度的介质基板材料，不仅缩小了单元周期，而且提高了传输响应沿方位角扫描的稳定性，使得本发明的频率响应对入射方位角变化不敏感，有利于实际应用。
[0012]4.单元周期远小于波长，有效延迟了单元的高阶谐振模式和高阶Floquet传播模式，提升了阻带带宽，抑制阻带内电磁波的传输。
[0013]5.滤波响应矩形系数高，高矩形系数的滤波响应既保证了工作频带内天线原有的辐射特性，而且在工作频带外有效地抑制干扰，因此可以在不影响天线带内通信的情况下，减小带外电磁波对载体平台内无线设备的影响。
[0014]由上述有益效果可知，本发明提出的宽通带超宽阻带频率选择表面结构具有低插入损耗、宽扫描角域及超宽带带外抑制等电性能优势;还兼具高强度、耐高温及机械稳定性好等结构性优势。提出的宽通带超宽阻带频率选择表面结构可以广泛应用于雷达、卫星通信、导航和飞行器中无线电子设备的天线罩。
【附图说明】
[0015]图1为细方环单元的结构示意图；
图2为螺旋曲折线单元的结构示意图；
图3为粗方环单元的结构示意图；
图4为细方环阵列层的结构示意图；
图5为螺旋曲折线的结构示意图；
图6为粗方环阵列层的结构示意图；
图7为频率选择表面介质基板和金属层分布的纵向剖面示意图；
图8为在O?45°电磁波入射角域内的TE极化波传输系数图；
图9为在O?45°电磁波入射角域内的TM极化波传输系数图；
图中:1-细方环单元，2-螺旋曲折线单元，3-粗方环单元，4-上表面外侧介质板，5-细方环阵列层，6-上表面内侧介质板，7-上侧泡沫材料夹层，8-中间金属层上侧介质板，9-螺旋曲折线阵列层，10-中间金属层下侧介质板，11-下侧泡沫材料夹层，12-下表面内侧介质板，13-粗方环阵列层，14-下表面外侧介质板。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0017]如图1、2、3和7所示，宽通带超宽阻带频率选择表面结构，包括细方环阵列层5、螺旋曲折线阵列层9和粗方环阵列层13，细方环阵列层5通过PCB光刻工艺蚀刻在上表面内侧介质板6上，细方环阵列层5由多个细方环单元I组成，且多个细方环单元I呈矩形阵列排布，如图4所示，细方环阵列层5的上方覆盖有上表面外侧介质板4，螺旋曲折线阵列层9通过PCB光刻工艺蚀刻在中间金属层下侧介质板10上，螺旋曲折线阵列层9由多个螺旋曲折线单元2组成，且多个螺旋曲折线单元2呈矩形阵列排布，如图5所示，螺旋曲折线阵列层9上方覆盖有中间金属层上侧介质板8，粗方环阵列层13通过PCB光刻工艺蚀刻在下表面外侧介质板14上，粗方环阵列层13由多个粗方环单元3组成，且多个粗方环单元3呈矩形阵列排布，如图6所示，上表面内侧介质板6与中间金属层上侧介质板8之间还设置有上侧泡沫材料夹层7，中间金属层下侧介质板10与下表面内侧介质板12之间还设置有下侧泡沫材料夹层11。上表面外侧介质板4、上表面内侧介质板6、中间金属层上侧介质板8、中间金属层下侧介质板10、下表面内侧介质板12和下表面外侧介质板14均为刚性介质基板，因此细方环阵列层5、螺旋曲折线阵列层9和粗方环阵列层13包裹在刚性介质基板中，有效地提高了整体结构的机械强度和稳定性，使得本发明可以应用于高温高压甚至是高速飞行的工作环境。
[0018]作为优选地，如图1-3所示，所述的细方环单元1、螺旋曲折线单元2和粗方环单元3均为90°旋转对称结构，有良好的方位面对称性。
[0019]作为优选地，所述的细方环单元1、螺旋曲折线单元2和粗方环单元3的周期均小于中心频率所对应的工作波长的1/50，细方环单元1、螺旋曲折线单元2和粗方环单元3的单元周期为2.06mm，细方环单元I的线宽为0.5mm，粗方环单元3的线宽为0.72_。
[0020]作为优选地，上侧泡沫材料夹层7和下侧泡沫材料夹层11的介电常数为1.1，合适的泡沫层厚度可以减小通带内的传输损耗且降低重量。
[0021 ]本实施例设计的宽通带超宽阻带频率选择表面结构，其中心频率为2.12GHz，可工作入射角域为O?45，传输通带频率范围1.84?2.40GHz。单元周期小于六十五分之一中心频率所对应的工作波长，总厚度约为i^一分之一中心频率所对应的工作波长。图8为TE极化波传输系数，图9为TM极化波传输系数。在1.84?2.40GHz这一通带频率范围内，对于O?45°角域入射的电磁波，所述的频率选择表面结构TE、TM波插损均小于0.86dBο相对频率带宽为26.4%，传输频带较宽，而且谐振频率随入射角变化相对稳定。在4.9?30GHz频率范围内，TE和TM极化波传输抑制均高于20dB，带外抑制性能良好。除此之外，本具体实施例的周期远远小于中心频率所对应的工作波长，因此其频率响应对于入射方位角变化不敏感。
[0022]由上述结果可知，本发明是一种能够在宽入射角域内提供良好的带通滤波性能的宽通带超宽阻带频率选择表面结构。采用本发明，可以构建具有空间滤波特性的频率选择表面天线罩，其在工作角域和工作频率范围内能够实现良好的传输表现，具有低插入损耗和高矩形系数的特点。工作频带外有优良的超宽带反射特性(传输系数低于_20dB)，可以有效抑制带外电磁波对平台内无线设备的干扰，可应用于雷达、卫星通信、全球定位系统和飞行器等平台中的天线罩设计。
【主权项】
1.宽通带超宽阻带频率选择表面结构，其特征在于:包括细方环阵列层(5)、螺旋曲折线阵列层(9)和粗方环阵列层(13)，细方环阵列层(5)通过PCB光刻工艺蚀刻在上表面内侧介质板(6)上，细方环阵列层(5)由多个细方环单元(I)组成，且多个细方环单元(I)呈矩形阵列排布，细方环阵列层(5)的上方覆盖有上表面外侧介质板(4)，螺旋曲折线阵列层(9)通过PCB光刻工艺蚀刻在中间金属层下侧介质板(10)上，螺旋曲折线阵列层(9)由多个螺旋曲折线单元(2)组成，且多个螺旋曲折线单元(2)呈矩形阵列排布，螺旋曲折线阵列层(9)上方覆盖有中间金属层上侧介质板(8)，粗方环阵列层(13)通过PCB光刻工艺蚀刻在下表面外侧介质板(14)上，粗方环阵列层(13)由多个粗方环单元(3)组成，且多个粗方环单元(3)呈矩形阵列排布，上表面内侧介质板(6)与中间金属层上侧介质板(8)之间还设置有上侧泡沫材料夹层(7)，中间金属层下侧介质板(10)与下表面内侧介质板(12)之间还设置有下侧泡沫材料夹层(11)。2.根据权利要求1所述的宽通带超宽阻带频率选择表面结构，其特征在于:所述的细方环单元(I)、螺旋曲折线单元(2)和粗方环单元(3)均为90°旋转对称结构。3.根据权利要求2所述的宽通带超宽阻带频率选择表面结构，其特征在于:细方环单元(1)、螺旋曲折线单元(2)和粗方环单元(3)的周期均小于中心频率所对应的工作波长的I/50 ο4.根据权利要求1所述的宽通带超宽阻带频率选择表面结构，其特征在于:上侧泡沫材料夹层(7)和下侧泡沫材料夹层(11)的介电常数为1.1。
【文档编号】H01P1/20GK105846017SQ201610243497
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】欧阳骏, 周龙建, 刘宇恒
【申请人】成都德杉科技有限公司