专利名称：一种极化稳定的毫米波频率选择表面的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种极化稳定的毫米波频率选择表面。
背景技术：
频率选择表面(Frequency Selective Surfaces, FSS)是一种具有频率选择特性的二维周期结构。作为一种新型的空间滤波器，由于其在毫米波段及亚毫米波段具有比传统滤波器更多的优点，因而在军事和民用领域有十分广泛的应用，FSS已经成为近些年的一个研究热点。
随着微波遥感技术的进步，毫米波亚毫米波星载探测系统已成为一个主流趋势， 其工作频率正向太赫兹方向发展，通过使用频率选择表面，可以实现多频段复用，因而频率选择表面成为准光学分频网络中的核心部件之一。
用于准光学分频网络中的频率选择表面应当满足以下技术要求
I、入射角固定根据分频网络结构的要求，入射波的入射角限制为45°，这就要求在设计时考虑这一因素，以实现最佳选频特性。
2、低损耗频率选择表面的损耗来源较多，有热损耗、插入损耗、栅瓣损耗等，因此在设计中要综合考虑周期图案单元的尺寸、形状及介质层的特性，以达到设计指标要求的带宽、工作频率、透射系数和反射系数。
3、极化稳定性频率选择表面在不同极化波的激励下，应具有稳定的工作特性。
频率选择表面的工作频率与尺寸有关，工作频率越高，尺寸越小。此外，频率选择表面的工作频率还与其形状有关。特定工作频率下的频率选择表面具有特定的形状。现有技术中尚不存在工作频率为118GHz的频率选择表面。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中尚不存在工作频率为118GHz的频率选择表面的缺陷，从而提供一种能工作于该频率下的频率选择表面。
为了实现上述目的，本发明提供了一种极化稳定的毫米波频率选择表面，其中心频率为118GHz，3dB工作频带为110-126GHZ，该频率选择表面包括有多行，每一行包括多个周期单元；各行中的周期单元以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交错排布，任一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元成60°排布；
所述周期单元成正方形，其边长在900-1000um之间；所述周期单元包括金属层与硅材料层，所述金属层覆盖于所述硅材料层的上方；所述金属层的厚度在3-10um之间，所述硅材料层的厚度在550-650um之间；
所述金属层整体成平板型，其中央位置开有“工”字形的缝隙，所述缝隙包括三个区域，即中间区域与上下两侧的两个区域；其中，中间区域的长度为中心频率对应波长的 1/7-1/6之间，宽度为中心频率对应波长的1/24-1/20之间；两侧的两个区域的长度为中心频率对应波长的1/14-1/12之间，宽度为中心频率对应波长的1/50-1/48，且这两个区域大3小相等，形状相同，位置相对于中间区域严格对称；所述金属层采用镀金材料实现；所述的硅材料层采用熔融石英制成，其相对介电常数在3. 7-4之间，损耗角正切 在 O. 0001-0. 0002 之间。上述技术方案中，所述中间区域与上下两侧的两个区域为矩形或倒角矩形。上述技术方案中，所述周期单元的边长为960um。上述技术方案中，所述金属层的厚度为5um。上述技术方案中，所述硅材料层的厚度为600um。本发明的优点在于对于不同极化波的稳定性好；工作频带宽，3dB带宽达16GHz ；曲线特性陡峭，对带 外频率的隔离度高，选择性好；插入损耗小，滤波特性好；结构简单，便于加工；所选用材料 的物理特性稳定，在实际应用中特性漂移小。
图I为本发明的频率选择表面的周期单元的俯视图；图2为本发明的频率选择表面的周期单元的剖视图；图3为本发明的频率选择表面的排列方式示意图；图4为本发明的频率选择表面的S参数特性曲线的示意图；图5为本发明的频率选择表面对应TE极化波和TM极化波的频率响应示意图。
具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步的描述。本发明的频率选择表面包括多个周期单元，每一周期单元具有相同的结构。下面 首先对周期单元的结构加以描述。图I为本发明的频率选择表面的周期单元的俯视图，图2为本发明的频率选择 表面的周期单元的剖视图。从图I和图2可以看出，所述的周期单元成正方形，其边长在 900-1000um之间。所述周期单元包括金属层与硅材料层，其中的金属层覆盖于所述的硅材 料层的上方。所述金属层的厚度为3-10um之间。所述娃材料层的厚度在550-650um之间。 作为一种优选实现方式，在本实施例中，所述周期单元的边长为960um，所述金属层的厚度 为5um,所述娃材料层的厚度为600um。所述的金属层采用“工”字形的缝隙构型，即金属层整体成平板状，在其中央开有 “工”字形的缝隙，该缝隙包括三个矩形，即中间矩形与上下两侧的两个矩形。其中，中间矩 形的长度约为中心频率对应波长的1/7-1/6之间，宽度为中心频率对应波长的1/24-1/20 之间。两侧的两个矩形的长度约为中心频率对应波长的1/14-1/12，宽度为中心频率对应波 长的1/50-1/48，且这两个矩形大小相等，形状相同，位置相对于中间矩形严格对称。作为一 种优选实现方式，在本实施例中，所述中间矩阵的长度为中心频率对应波长的1/6，宽度为 中心频率对应波长的1/24，两侧的两个矩形的长度为中心频率对应波长的1/12，宽度为中 心频率对应波长的1/48。在其他实施例中，所述缝隙所包括的是倒角矩形而非矩形。所述 金属层可采用镀金材料实现。所述的硅材料层采用熔融石英(非晶体SiO2)制成，其相对介电常数在3. 7-4之间，损耗角正切在O. 0001-0. 0002之间，以保证频率选择表面的工作特性得到最大限度的优化。
以上是对本发明的频率选择表面的周期单元的描述。下面对所述周期单元的排布方式加以说明。
参考图3，本发明的频率选择表面包括有多行，每一行中的周期单元都以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交错排布，如某一周期单元左、右两侧的边缘与相邻行的周期单元的中心线对齐。这就使得一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元成 60°排布，S卩某一周期单元上边缘的中心点、其下边缘两侧的顶点、下一行中与该周期单元相邻的两个周期单元的上边缘的中心点(共两个点)、下一行中与该周期单元相邻的左边的周期单元左侧的顶点、下一行中与该周期单元相邻的右边的周期单元右侧的顶点相连， 形成一个等边三角形。
本发明的频率选择表面具有良好的工作特性，图4为频率选择表面的S参数特性曲线，图5为频率选择表面对应TE极化波和TM极化波的频率响应示意图，从图中可以看出，其对于两种极化波，具有稳定的频率响应特性。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施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，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都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。
权利要求
1.一种极化稳定的毫米波频率选择表面，其特征在于，其中心频率为118GHz，3dB工作频带为110-126GHZ，该频率选择表面包括有多行，每一行包括多个周期单元；各行中的周期单元以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交错排布，任一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元成60°排布；所述周期单元成正方形，其边长在900-1000Um之间；所述周期单元包括金属层与硅材料层，所述金属层覆盖于所述硅材料层的上方；所述金属层的厚度在3-10um之间，所述硅材料层的厚度在550-650um之间；所述金属层整体成平板型，其中央位置开有“工”字形的缝隙，所述缝隙包括三个区域，即中间区域与上下两侧的两个区域；其中，中间区域的长度为中心频率对应波长的 1/7-1/6之间，宽度为中心频率对应波长的1/24-1/20之间；两侧的两个区域的长度为中心频率对应波长的1/14-1/12之间，宽度为中心频率对应波长的1/50-1/48，且这两个区域大小相等，形状相同，位置相对于中间区域严格对称；所述金属层采用镀金材料实现；所述的硅材料层采用熔融石英制成，其相对介电常数在3. 7-4之间，损耗角正切在O.0001-0. 0002 之间。
2.根据权利要求I所述的极化稳定的毫米波频率选择表面，其特征在于，所述中间区域与上下两侧的两个区域为矩形或倒角矩形。
3.根据权利要求I所述的极化稳定的毫米波频率选择表面，其特征在于，所述周期单元的边长为960um。
4.根据权利要求I所述的极化稳定的毫米波频率选择表面，其特征在于，所述金属层的厚度为5um。
5.根据权利要求I所述的极化稳定的毫米波频率选择表面，其特征在于，所述硅材料层的厚度为600um。
全文摘要
本发明公开了一种极化稳定的毫米波频率选择表面，包括有多行，每一行包括多个周期单元；各行中的周期单元以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交错排布，任一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元成60°排布；周期单元成正方形，包括金属层与硅材料层，金属层覆盖于所述硅材料层的上方；金属层的厚度在3-10um之间，硅材料层的厚度在550-650um之间；金属层整体成平板型，其中央位置开有“工”字形的缝隙，所述缝隙包括三个区域，中间区域与上下两侧的两个区域；这两个区域大小相等，形状相同，位置相对于中间区域严格对称；金属层采用镀金材料实现；硅材料层采用熔融石英制成。
文档编号H01P1/20GK102931454SQ201210363808
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者夏步刚, 张德海, 赵瑾, 孟进 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心