一种424GHz准光学频率选择表面的制作方法

文档序号:7109249阅读:383来源:国知局
专利名称:一种424GHz准光学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424GHz准光学频率选择表面。
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。现有技术中的频率选择表面具有较低的工作频率,如54GHz、150GHz等。424GHz是典型的氧气吸收峰频率,在亚毫米波大气被动探测中具有很高的应用价值。现有技术中尚不存在工作频率为424G Hz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不存在工作频率为424G Hz的频率选择表面的缺陷,从而提供一种424GHz准光学频率选择表面。为了实现上述目的,本发明提供了一种424GHz准光学频率选择表面,其工作频带为414-434GHZ,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160 — ISOum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4-12um之间,所述硅材料层的厚度在350-420um之间;所述金属层整体成平板型,它包括单个偶极子与两个圆形孔径,所述偶极子成槽型,位于所述金属层的中心位置,其长度为中心频率对应波长的1/7-1/6,宽度为中心频率对应波长的1/24-1/20之间;所述两个圆形孔径分别位于所述偶极子的两侧;所述圆形孔径的直径与偶极子缝隙的宽度比为1:1. 2 ;所述金属层采用镀金材料实现;所述硅材料层整体成平板型,采用纯硅材料制成,其相对介电常数在11以上,损耗角正切10_5-10_4。上述技术方案中,所述偶极子成矩形或倒角矩形。上述技术方案中,所述金属层上的两个圆形孔径与偶极子三者左右呈等间距排列,两个圆形孔径上下呈居中排列。上述技术方案中,所述周期单元的边长为166um。上述技术方案中,所述周期单元的金属层的厚度为lOum。 上述技术方案中,所述周期单元的硅材料层的厚度为190um。本发明的优点在于工作频带宽,3dB带宽达20GHz ;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;材料物理特性稳定,在实际应用中特性漂移小;中心频率为424GHz,在亚毫米波大气遥感应用中前景好。


图I是本发明的频率选择表面的周期单元的俯视图;图2是本发明的频率选择表面的周期单元的剖视图;图3是本发明的频率选择表面的排列方式示意图;图4是本发明的频率选择表面的功率传输特性曲线的示意图;图5是本发明的频率选择表面的相位特性曲线的示意图。
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160—180um之间,作为一种优选方式,本实施例中的周期单元的边长为166um。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。所述金属层的厚度在4-12um之间,作为一种优选方式,本实施例中的金属层的厚度为lOum。所述硅材料层的厚度在350-420um之间,作为一种优选方式,本实施例中的硅材料层的厚度为190um。所述的金属层采用单个偶极子两侧加载圆形孔径的构型,所述偶极子位于所述周期单元的中心位置,本实施例中,其形状为矩形,在其他实施例中,其形状也可以是倒角矩形。所述偶极子的长度约为中心频率对应波长的1/7-1/6,宽度为中心频率对应波长的1/24-1/20,以提供稳定的通带和工作频率。所述圆形孔径位于所述偶极子的两侧,作为一个优选实现方式,两个圆形孔径与偶极子三者左右呈等间距排列,两个圆形孔径上下呈居中排列,圆形孔径的直径与偶极子缝隙的宽度比为1:1.2。所述金属层可采用镀金材料实现。所述的硅材料层采用纯硅材料制成,其相对介电常数在11以上,损耗角正切10_5-10_4,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为本发明的频率选择表面的频率响应曲线,图5为本发明的频率选择表面的相位特性曲线。从这两个图可以看出,本发明的频率选择表面在工作过程中,对45度入射的频率为414-434GHZ的电磁全部透过,对工作频段外的其他频率的电磁波起到反射的作用。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424GHz准光学频率选择表面,其工作频带为414-434GHZ,其特征在于,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160 — ISOum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4-12um之间,所述硅材料层的厚度在350-420um之间; 所述金属层整体成平板型,它包括单个偶极子与两个圆形孔径,所述偶极子成槽型,位于所述金属层的中心位置,其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;所述两个圆形孔径分别位于所述偶极子的两侧;所述圆形孔径的直径与偶极子缝隙的宽度比为1:1. 2 ;所述金属层采用镀金材料实现; 所述硅材料层整体成平板型,采用纯硅材料制成,其相对介电常数在11以上,损耗角正切 10_5-10_4。
2.根据权利要求I所述的424GHz准光学频率选择表面,其特征在于,所述偶极子成矩形或倒角矩形。
3.根据权利要求I所述的424GHz准光学频率选择表面,其特征在于,所述金属层上的两个圆形孔径与偶极子三者左右呈等间距排列,两个圆形孔径上下呈居中排列。
4.根据权利要求I所述的424GHz准光学频率选择表面,其特征在于,所述周期单元的边长为166um。
5.根据权利要求I所述的424GHz准光学频率选择表面,其特征在于,所述周期单元的金属层的厚度为10um。
6.根据权利要求I所述的424GHz准光学频率选择表面,其特征在于,所述周期单元的硅材料层的厚度为190um。
全文摘要
本发明公开了一种424GHz准光学频率选择表面,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,其边长在160-180um之间,包括金属层与硅材料层,金属层覆盖于硅材料层的上方;金属层的厚度在4-12um之间,硅材料层的厚度在350-420um之间;金属层整体成平板型,包括单个偶极子与两个圆形孔径,偶极子成槽型,位于金属层的中心位置;两个圆形孔径分别位于所述偶极子的两侧;硅材料层整体成平板型,采用纯硅材料制成,其相对介电常数在11以上,损耗角正切10-5-10-4。
文档编号H01P1/20GK102931456SQ201210372320
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28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
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