一种基于单层PCB工艺的新型高选择性频率选择表面的制作方法

本发明属于电磁场与微波的技术领域，特别涉及一种基于单层pcb工艺的高选择性频率选择表面。

背景技术：

频率选择表面(frequencyselectivesurface，fss)是由相同的单元按照周期性排列构成的单层或多层平面结构，本身并不能吸收能量，却具有滤波的作用，本质上是一种空间滤波器。频率选择表面所具有的特性被广泛应用于天线系统、雷达天线罩、无线安全屏蔽等领域。

近年来，多频技术在民用通信和军事领域都受到了极大地重视，且发展迅速。然而在同一系统中集成多个不同频率的分系统，而各分系统之间的耦合和干扰可能会影响整个系统的性能，将频率选择表面运用到这些系统中可以有效地将不同频率的信号隔离出来，将它们之间的影响降到最低。不同频率的应用也造成了频谱资源的日益紧张，因此高性能的频率选择表面越来越成为一种热点，其中双边陡降的特性尤为关键。频率选择表面的双边陡降可以极大地减小通带和阻带之间的过渡带，使之接近于理想的滤波性能。要实现频率选择表面传输响应的双边陡降，可以利用多层频率选择表面级联结构，但这会导致整体的频率选择表面厚度非常大，往往不契合实际应用；在通带两侧各引入一个传输零点也可以实现频率选择表面传输响应的双边陡降。

例如，文献《designandexperimentalverificationofcompactfrequency-selectivesurfacewithquasi-ellipticbandpassresponse》(g.q.luo,w.hong,q.h.lai,k.wu,andl.l.sun,“ieeetrans.microw.theorytechn.,vol.55,no.12,pp.2481–2487,dec.2007”)提出的一种基于集成波导的频率选择表面，在通带两侧各引入一个传输零点，实现了通带到阻带之间的陡降。

从各种文献中可以发现，要实现双边陡降的频率选择表面可以利用多层频率选择表面叠加或者集成波导等技术，但是这些技术往往十分复杂，使得频率选择表面加工制作十分困难，在实际应用中难以实现。

技术实现要素：

本发明要实现的目的：为了克服现在的技术中，要实现高选择性频率选择表面，需要复杂技术而在实际应用中难以加工实现的问题，提出来一种新型易于实现的高选择性频率选择表面。

为了实现上述目的，具体方案如下：

本发明高选择性频率选择表面由多个周期性分布的单元构成，每个单元从上至下依次包括第一金属层、介质层、第二金属层；第一金属层与第二金属层结构大小相同，且相对于介质层对称设置。

第一金属层、第二金属层主要由方环，以及置于方环内的四个金属结构构成；金属结构包括弯折线、三角形结构，且四个金属结构呈中心对称分布；

弯折线的一端与方环的内角连接，另一端与三角形结构的边长中心连接。

进一步，所述频率选择表面单元的方环、弯折线、三角形结构为金属。

进一步，所述频率选择表面的介质层所采用的材料为f4b-2。

进一步，所述频率选择表面工作频率在4.8-5.1ghz附近时，介质层厚度为2mm。

进一步，所述频率选择表面的单元尺寸为8.8mm×8.8mm；

进一步，所述金属方环尺寸为8.8mm×8.8mm，边宽为0.8mm；

进一步地，金属弯折线长为9.3mm，金属弯折线宽为0.2mm；

进一步地，金属三角形为直角等腰三角形，其腰长为2.4mm，相邻三角形的间距为0.4mm。弯折线的一端与方环的内角连接，另一端与直角等腰三角形的底边中心连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明的频率选择表面只需要一层介质和两层金属，只需要单层pcb板加工，易于加工实现。

2.本发明实现频率带通滤波特性，使用两层金属结构在通带两侧各引入一个传输零点，减少了通带与阻带之间的过渡带，实现带通两侧的双边陡降，，减少了通带和阻带之间的过渡带实现了频率选择表面的高选择性。

3.本发明的频率选择表面中传输响应带内损耗小于1db，具有良好的平顶特性。

4.本发明的频率选择表面在不同极化和45°斜入射情况下仍具有良好的传输响应。

5.本发明的频率选择表面的单元尺寸为七分之一波长，具有小型化的特性。

附图说明

图1为本发明所述频率选择表面金属单元示意图；

图2为本发明所述频率选择表面结构示意图，其中(2)为第一金属层，(3)为介质层，(4)为第二金属层；

图3为本发明所述频率选择表面仿真反射系数和透射系数曲线图；

图4为本发明所述频率选择表面在电磁波45°斜入射下的透射曲线图：其中，图4a为te波的透射曲线；图4b为tm波的透射曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的频率选择表面金属单元结构包括金属方环(11)和四个金属等腰直角三角形(13)，并且用四根弯折的金属线(12)连接方环四个角和三角形底边；如图2为本发明所述频率选择表面结构示意图，包括频率选择表面第一金属层(2)，介质板(3)，频率选择表面第二金属层(4)，其中频率选择表面第一金属层(2)和频率选择表面第二金属层(4)完全相同，且关于介质板(3)对称。

本发明的高选择性频率选择表面的第一金属层(2)和第二金属层(4)为铜箔，介质层(3)厚度为2mm，介质材料为f4b-2，介电常数2.65，金属单元(1)尺寸为8.8mm×8.8mm，金属方环(11)的边宽为0.8mm，在方环中间放置四个直角边相距0.4mm的等腰直角三角形(13)，用长度为9.3mm的金属弯折线(12)连接三角形(13)和方环(11)的四角。

电磁波垂直入射时，电场方向平行于金属线时等效为电感，电场方向垂直于金属线时，相邻金属线之间的缝隙可以等效为电容。本发明的频率选择表面金属单元中，金属弯折线(12)等效为电感，相邻金属三角形(13)之间的缝隙等效为电容，串联电容电感构成串联谐振产生传输零点；而金属弯折线(12)、相邻金属三角形(13)之间的缝隙以及金属方环(11)构成并联谐振产生传输极点。因此单层金属单元会产生一个传输零点和一个传输极点(f极点＜f零点),两层金属单元会产生两个传输零点(f零点1和f零点2)和两个传输极点(f极点1和f极点2)，当介质厚度很大时，上下层金属之间没有耦合，产生的传输零点和极点为f极点1＜f极点2＜f零点1＜f零点2；当介质厚度逐渐减小，上下层金属产生耦合，传输极点位置几乎不变，而一个传输零点向高频方向移动，一个传输零点会向低频方向移动到传输极点的左侧，f零点1＜f极点1＜f极点2＜f零点2，得到一个在通带两侧各有一个传输零点的带通传输响应。

进行仿真，图3为本发明所述频率选择表面仿真反射系数和透射系数曲线图，横坐标为频率，纵坐标为s参数。可以看出频率选择表面通带的中心频率为4.85ghz,3db带宽约为0.26ghz(4.78ghz-5.04ghz),相对带宽是5.36％。通带内最大插入损耗小于1db。此外，在图中可以清楚的观察到两个传输零点分别在4.7ghz和6.1ghz，传输零点的引入可以极大增强通带外的陡降性，可以很好地实现频率选择表面的选择性。而且本发明频率选择表面的单元尺寸为七分之一谐振波长，具有小型化的特性，方便在实际中的应用。

如图4所示，本发明高选择性频率选择表面在电磁波45°斜入射情况下的透射曲线图，其中，图4a为te波的透射系数；图4b为tm波的透射系数。在te波入射下，带通略微减小，通带内的插入损耗稍微有所增大,中心频率几乎不变；在tm波入射下，通带带通变大，中心频率也没有发生偏移。因此，本发明频率选择表面具有良好的角度稳定性和极化稳定性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，此外还有其他实施方式，在不脱离本发明原理的情况下，对本发明的修改和润饰，这些修改和润饰都应该在本发明的权利要求的保护范围内。