一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构的制作方法

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构。

背景技术

频率选择表面(fss)由周期性排列的金属贴片单元或在金属屏上周期性排列的孔径单元构成。它本身不吸收能量，当电磁波入射到其表面时，会对不同频率的电磁波进行选择，在其通带范围内，电磁波通过金属贴片单元表面；在其阻带范围内，电磁波被反射回去，进而表现出不同的传播特性，完成频率和极化的选择特性，可以看作一种空间滤波器。

fss结构对不同频率的电磁波入射表现出不同的选择作用，其最基本的因素是对于fss形状的选择，以及尺寸的控制。要求fss结构能够在形状简单、面积小的同时在指定频段具有良好的频率选择特性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构，能在形状简单、面积小的同时在uwb(3.1ghz-10.6ghz)频段内实现反射，其他频段内实现透射，进而改善超宽带天线各方面的性能。

本发明所采用的技术方案是，一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构，包括介质支撑层，在介质支撑层上贴附有金属单元层；金属单元层由一个或多个金属单元结构组成；

每个金属单元结构均包括正四边形环状内贴片和正四边形环状外贴片，正四边形环状内贴片和正四边形环状外贴片中心相同且边长不同，正四边形环状内贴片和正四边形环状外贴片不接触，还包括四个矩形贴片，四个矩形贴片均设置于正四边形环状内贴片和正四边形环状外贴片之间，每个矩形贴片分别与正四边形环状内贴片外壁和正四边形环状外贴片内壁相接，四个矩形贴片与正四边形环状内贴片的连接处分别为其四个外边长的中点处，四个矩形贴片与正四边形环状外贴片的连接处分别为其四个内边长的中点处，四个矩形贴片的设置相互对称。

本发明的特点还在于，

介质支撑层的长度为8.25mm±0.1mm，宽度为8.25mm±0.1mm，厚度为0.635mm±0.01mm。

正四边形环状内贴片的外边长为5mm±0.1mm，内边长为4.5mm±0.1mm，正四边形环状外贴片的外边长为8mm±0.1mm，内边长为6mm±0.1mm。

金属单元结构的谐振频率与uwb频率相同，均为：3.1ghz～10.6ghz。

矩形贴片的长为1mm±0.1mm，宽为0.5mm±0.1mm。

本发明的有益效果在于：本发明一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构，与现有技术相比具有明显的优势，其具体表现为：频率选择表面直接在介质支撑层上蚀刻金属单元层，通用加工工艺即可满足，且介质板材为市场通用基板，成本较低，易批量生产；本发明中的金属单元层采用新型的金属单元结构，该金属单元结构的结构简单、工整，易于建模，加工难度低，通用加工工艺即可满足精度要求；频率选择表面能够在较少的重复结构内完成频率选择效果，在特定频率(uwb，3.1ghz-10.6ghz)频段内实现电磁波反射，其他频段内实现透射，进而改善超宽带天线各方面的性能。

附图说明

图1是本发明一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构一种实施例的结构示意图；

图2是本发明一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构另一种实施例的结构示意图；

图3是本发明一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构的仿真结果图。

图中，1.介质支撑层，2.金属单元层，3.金属单元结构，4.正四边形环状内贴片，5.正四边形环状外贴片，6.矩形贴片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构，如图1及2所示，包括介质支撑层1，在介质支撑层1上贴附有金属单元层2；金属单元层2由一个或多个金属单元结构3组成；

每个金属单元结构3均包括正四边形环状内贴片4和正四边形环状外贴片5，正四边形环状内贴片4和正四边形环状外贴片5中心相同且边长不同，正四边形环状内贴片4和正四边形环状外贴片5不接触，还包括四个矩形贴片6，四个矩形贴片6均设置于正四边形环状内贴片4和正四边形环状外贴片5之间，每个矩形贴片6分别与正四边形环状内贴片4外壁和正四边形环状外贴片5内壁相接，四个矩形贴片6与正四边形环状内贴片4的连接处分别为其四个外边长的中点处，四个矩形贴片6与正四边形环状外贴片5的连接处分别为其四个内边长的中点处，四个矩形贴片6的设置相互对称。

介质支撑层1的长度为8.25mm±0.1mm，宽度为8.25mm±0.1mm，厚度为0.635mm±0.01mm。

正四边形环状内贴片4的外边长为5mm±0.1mm，内边长为4.5mm±0.1mm，正四边形环状外贴片5的外边长为8mm±0.1mm，内边长为6mm±0.1mm。

金属单元结构3的谐振频率与uwb频率相同，均为：3.1ghz～10.6ghz。

矩形贴片6的长为1mm±0.1mm，宽为0.5mm±0.1mm。

介质支撑层1的材料根据具体需求进行设置，优选采用介电常数为10.2的材料，若介质材料选择其他材料，则金属单元层2需要进行调整。介质支撑层1的厚度不超过超宽带天线所发射电磁波四分之一的波长。

若金属单元层2中有多个金属单元结构3，则多个金属单元结构3的排列方式为：如图2所示，按照n*m排列方式周期性矩阵式排列在设定的介质支撑层1上。具体大小根据具体超宽带天线需求来设定。

在使用时，本发明一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构布置于超宽带天线的下方，具体距离超宽带天线的远近视具体超宽带天线决定，整个频率选择表面结构内金属单元结构3的数量视具体超宽带天线所决定。

通过上述方式，本发明一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构，频率选择表面直接在介质支撑层上蚀刻金属单元层，通用加工工艺即可满足，且介质板材为市场通用基板，成本较低，易批量生产；本发明中的金属单元层采用新型的金属单元结构，该金属单元结构的结构简单、工整，易于建模，加工难度低，通用加工工艺即可满足精度要求；频率选择表面能够在较少的重复结构内完成频率选择效果，在特定频率(uwb，3.1ghz-10.6ghz)频段内实现电磁波反射，其他频段内实现透射，进而改善超宽带天线各方面的性能。

实施例

本实施例提供一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构，如图2所示，包括介质支撑层1，在介质支撑层1上贴附有金属单元层2；金属单元层2由多个金属单元结构3组成；

每个金属单元结构3均包括正四边形环状内贴片4和正四边形环状外贴片5，正四边形环状内贴片4和正四边形环状外贴片5中心相同且边长不同，正四边形环状内贴片4和正四边形环状外贴片5不接触，还包括四个矩形贴片6，四个矩形贴片6均设置于正四边形环状内贴片4和正四边形环状外贴片5之间，每个矩形贴片6分别与正四边形环状内贴片4外壁和正四边形环状外贴片5内壁相接，四个矩形贴片6与正四边形环状内贴片4的连接处分别为其四个外边长的中点处，四个矩形贴片6与正四边形环状外贴片5的连接处分别为其四个内边长的中点处，四个矩形贴片6的设置相互对称。

介质支撑层1的长度为8.25mm，宽度为8.25mm，厚度为0.635mm。

正四边形环状内贴片4的外边长为5mm，内边长为4.5mm，正四边形环状外贴片5的外边长为8mm，内边长为6mm。

金属单元结构3的谐振频率与uwb频率相同，均为：3.1ghz～10.6ghz。

矩形贴片6的长为1mm，宽为0.5mm。

对本实施例提供的一种应用于超宽带天线的频率选择表面结构性能进行仿真试验，得到如图3所示频率选择表面结构频率响应曲线，可以看出，在设计的超宽带频带3.1ghz～10.6ghz上，反射系数s11接近于0，表示在该频带具有优越的反射性能；传输系数s21体现了设计的频率选择表面的超宽频带的带阻性能。