专利名称：一种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微波技术领域，涉及一种基于基片集成波导技术构成 的具有双边带陡降特性的新型频率选择表面，可以作为频段多工器，广泛 应用在卫星通信、武器平台的雷达等无线通信系统应用场合。
技术背景频率选择表面(FSS)在工程应用中十分广泛。FSS对电磁波的透射和 反射具有良好的选择性，对于其通带内的电磁波呈现全通特性，而对其阻 带内的电磁波则呈全反射特性，具有空间滤波功能。在微波领域中，FSS 可用于通讯卫星系统的频段多工器，利用多馈源配置来扩大通讯容量。另 一个主要用途是制作天线罩，用于航空航天中雷达天线的屏蔽与隐身。还 可以作为单片集成插入物来制作高性能的波导滤波器。FSS的主要性能是 频率选择特性，对于激励源的入射方向及极化的敏感程度以及带宽的稳定 性。传统的单层平面FSS选择特性一般，对于平面波不同角度入射性能不 稳定。为了提高选择特性，双面介质加载和多层平面级联是最常采用的方 法，但这样又导致制造成本高昂，而且结构比较复杂无法进行快速有效的 设计。 发明内容本实用新型的目的是提供一种基于基片集成波导技术的具有双边带陡 降特性的新型频率选择表面，这种频率选择表面在工作频段对于变角度入 射性能稳定性好，由于模式耦合的原因导致两个边带具有陡降特性，从而 使得通带的选择特性大大提高。而且其几何结构对应的物理意义明确，使 得易于设计，结构简单易于加工，成本低。本实用新型的具有双边带陡降特性的新型频率选择表面包括介质基 片，介质基片的两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层；贯穿上金 属层、介质基片和下金属层周期性地开有多组通孔，通孔内壁镀金属层，形成金属化通孔；每组金属化通孔排列为两个相邻的正方形，分别构成高 频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体，高频基片集成波导腔体的 边长小于低频基片集成波导腔体的边长；高频基片集成波导腔体中心点和低频基片集成波导腔体中心点的连线与高频基片集成波导腔体以及低频基 片集成波导腔体对应的边平行。对应高频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体的区域内的上、 下金属层分别对应蚀刻有完全相同的四个正方环形的耦合缝隙，四个耦合 缝隙与对应的高频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体的中心分别 重合、四边分别平行。对应的一个高频基片集成波导腔体、 一个低频基片集成波导腔体和四 个耦合缝隙组成频率选择表面的一个周期单元，多个周期单元顺序排列， 构成周期单元的矩形网格阵列。本实用新型的具有双边带陡降特性的新型频率选择表面是在普通的介 质基片上通过采用基片集成波导技术制造等效于传统闭合金属腔的腔体结 构，从而引入腔体的高品质因素谐振来提高频率选择表面的频率选择特 性，增强它对于激励源的入射角度和极化的不敏感性以及各种环境下的带 宽稳定性。其次在相邻单元利用基于基片集成波导技术的频率选择表面具 有双模谐振的特性，可以调节边带的位置和选择特性。在结构上，基片为 具有双面金属层的介质基片，在介质基片上相邻周期间隔范围内以均匀的 间隔设有多组金属化通孔，形成大小不同的相邻高频、低频正方形基片集 成波导腔体。在高频、低频腔体内的上下金属层蚀刻完全相同的四个正方 环形耦合缝隙。具体工作原理平面波入射到具有双边带陡降特性的新型频率选择表 面后，通带频率内的电磁波通过周期性的正方环形耦合缝隙耦合到高频、 低频腔体中，并通过缝隙谐振模式和两个高频、低频腔体中谐振在不同频 率的两个腔体谐振模式相互作用后通过另一个表面的正方环形耦合缝隙耦 合到空间。不同谐振模式的相互耦合形成了上下边带的陡降特性，从而形成了高性能的空间滤波。有益效果基于基片集成波导技术构成的具有双边带陡降特性的新型 频率选择表面具有以下优点a. 这种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面与传统的频率选择表 面相比，由于采用了基片集成波导腔体技术，通过两种不同谐振模式的耦 合在通带内实现了双边陡降特性的滤波，选择性能显著改善。并且每个边 带的性能完全由其中一类腔体单元控制，这样每类单元可以分别设计，且 几何参数对应明确的物理意义， 一些改进的解析公式可以用于加快设计进 程。b. 这种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面性能稳定，在工作频 段的插入损耗小，选择性高。而且它的高选择性和带宽稳定性不随入射波 的入射角度的变化而变化。C.这种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面结构简单，全部结构 在普通上下表面覆有金属的介质基片上就可以实现。在设计过程中只需要 调节正方环型缝隙的形状和尺寸，以及由金属通孔阵列构成的两个腔体的 尺寸和周期性的大小就可以得到所需要的性能。结构参数少，大大节省设 计优化的时间。d.这种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面制造简单方便，用普通的PCB制造工艺就可以实现，造价低廉。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型的立体结构示意图；图3是本实用新型一实施例在平面波正入射时传输响应的测试结果图；图4是本实用新型一实施例在电场方向平行周期单元窄边的TE波以 不同角度入射时传输响应的测试结果图。
具体实施方式
如图l和2所示，具有双边带陡降特性的新型频率选择表面包括厚度为1.0毫米Rogers5880介质基片7，介质基片7的两面镀有金属层，分别 是上金属层1和下金属层6。贯穿上金属层1、介质基片7和下金属层6 周期性地开有直径为1毫米的多组通孔，通孔内壁镀金属层，形成金属化 通孔2。每组金属化通孔2排列为两个相邻的正方形，分别构成边长为 21.2毫米的高频基片集成波导腔体3和边长为22毫米的低频基片集成波 导腔体5，基片集成波导腔体各边上的金属化通孔1的孔间距相同，均为 1.5毫米。对应高频和低频基片集成波导腔体区域内的上、下金属层分别 蚀刻尺寸完全相同且宽度为1毫米边长为7.14毫米的正方环形的耦合缝 隙4，高频基片集成波导腔体3与对应区域内的耦合缝隙4的中心重合、 四边分别平行；低频基片集成波导腔体5与对应区域内的耦合缝隙4的中 心重合、四边分别平行；高频基片集成波导腔体3中心点和低频基片集成 波导腔体5中心点的连线与高频基片集成波导腔体3以及低频基片集成波 导腔体5对应的边平行。对应的一个高频基片集成波导腔体3、低频基片 集成波导腔体5、四个耦合缝隙4、组成频率选择表面的一个长度为48毫 米宽度为24毫米的周期单元，多个周期单元顺序排列，构成周期单元矩 形网格阵列。该具有双边带陡降特性的新型频率选择表面的具体制造过程为首先 在选取对应参数的基片，贯穿整个基片周期性地开有多组金属化通孔构成 一组大小不同的两个相邻正方形高频、低频基片集成波导腔体。在高频腔 体区域内和低频腔体区域内的上下金属层分别蚀刻尺寸完全相同的四个正 方环形耦合缝隙。高频腔体及其内部的耦合缝隙与低频腔体及其内部的耦 合缝隙构成一个周期单元，多个周期单元顺序排列，构成周期单元矩形网 格阵列的频率选择表面。这种频率选择表面结合了传统周期性结构缝隙谐 振特性和金属腔体结构的腔体谐振特性，具有很高的频率选择特性。选择 合适的正方环形耦合缝隙和基片集成波导腔体的尺寸，可以方便地调节通带的位置以及边带的选择特性，从而形成具有双边陡降特性的频率选择表 面。整个频率选择表面完全由普通的PCB工艺实现，制作简单，成本低廉。图3 4为该频率选择表面在平面波正入射和电场方向平行周期单元 窄边的TE波以不同角度入射时传输响应的测试结果，从图中可以看出这 种新型的频率选择表面在平面波以不同角度入射时性能稳定，选择性好。
权利要求1、一种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面，包括介质基片，其特征在于介质基片的两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层；贯穿上金属层、介质基片和下金属层周期性地开有多组金属化通孔，每组金属化通孔排列为两个相邻的正方形，分别构成高频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体，高频基片集成波导腔体的边长小于低频基片集成波导腔体的边长；高频基片集成波导腔体中心点和低频基片集成波导腔体中心点的连线与高频基片集成波导腔体以及低频基片集成波导腔体对应的边平行；对应高频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体的区域内的上、下金属层分别对应蚀刻有完全相同的四个正方环形的耦合缝隙，四个耦合缝隙与对应的高频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体的中心分别重合、四边分别平行；对应的一个高频基片集成波导腔体、一个低频基片集成波导腔体和四个耦合缝隙组成频率选择表面的一个周期单元，多个周期单元顺序排列，构成周期单元的矩形网格阵列。
专利摘要本实用新型涉及一种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面。传统频率选择表面选择性低、性能稳定性差、体积大。本实用新型在介质基片的两面镀有金属层，贯穿整个介质基片开有排列为多组大小正方形的金属化通孔，形成多组高频、低频基片集成波导腔体。相邻高频、低频腔体内的上、下金属层蚀刻相同的正方环形耦合缝隙。与普通的由两种不同尺寸的周期性贴片或者缝隙构成的双频带频率选择表面相比，本实用新型由于引入了腔体谐振模式，实现了通带的双边陡降特性，大大提高了通带的选择特性，其性能对于入射波的角度和极化性的稳定性好。
文档编号H01P1/212GK201117773SQ200720191628
公开日2008年9月17日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者孙玲玲, 罗国清 申请人:杭州电子科技大学