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