多层频率选择表面的制作方法

本公开的各种示例广泛地涉及包括多个层的频率选择表面(fss)。本公开的各种示例具体涉及fss的中间层的阵列的晶胞几何结构，其促进阻带在频域中的灵活定位。

背景技术：

1、玻璃是被广泛用于移动电话壳体的材料。然而，玻璃可能对电磁波的传播特性具有显著影响，特别是在毫米波长范围内。这是因为玻璃具有高介电常数。例如，玻璃的介电常数(相对于真空的介电常数)可以在5.5至7之间，如果与塑料相比，其可以是两倍大。塑料通常具有低于3.0的介电常数。

2、因此，玻璃可以显着地阻挡用于通信目的的电磁波。例如，已经观察到，对于具有28ghz频率的电磁波，传输可能在某些入射角被完全阻挡。

3、为了提高透射率，可以使用fss。fsss公开于：

4、anwar、rana sadaf、lingfeng mao和huansheng ning。"fsss:a review."appliedsciences 8.9(2018):1689。

5、chang、kihun、sang il kwak和young joong yoon。“equivalent circuitmodeling of active fsss”。2008ieee radio and wireless symposium.ieee,2008。

6、bayatpur、farhad和kamalsarabandi。“tuning performance of metamaterial-based fsss”。ieee transactions on antennas and propagation 57.2(2009)：590-592.

7、al-joumayly、mudar和nader behdad。"a new technique for design of low-profile,second-order,bandpass fsss."ieee transactions on antennas andpropagation 57.2(2009):452-459。

技术实现思路

1、存在对先进fss的需求。特别地，需要呈现阻带的fss。需要能够定制阻带频率的fss。

2、独立权利要求的特征满足了这种需要。从属权利要求的特征限定了示例。

3、在下文中，公开了实现fss的技术，该fss能够在期望的频带(通带)以及电磁波透射率低的一个或更多个阻带中实现好的透射。

4、根据各种示例，多层fss(mfss)包括第一层，该第一层包括第一金属元件的第一阵列。mfss还包括第二层，该第二层包括第二金属元件的第二阵列。相邻的第二金属元件彼此间隔开间隙。mfss还包括第三层，该第三层包括第三金属元件的第三阵列。第二层被布置在第一层与第三层之间并与第一层和第三层相邻。

5、布置在第一层与第三层之间并与第一层和第三层相邻的第二层可以意味着在第二层与第一层之间以及在第二层与第三层之间分别没有另外的金属元件。

6、因此，第一层可以被标记为顶层，第三层可以被标记为底层，而第二层可以标记为中间层。

7、金属元件被间隙间隔开可以意味着各个金属元件的宽度小于第二阵列中的金属元件的周期。因此，形成间隙。

8、阵列可以是平面的并且彼此平行。

9、第一阵列和第三阵列可以相同。

10、阵列的平面内的两个正交方向在下文中称为x方向和y方向。

11、多层fss可以在由第一层、第二层和第三层形成的层堆叠的顶部和/或底部包括另外的层。

12、第一金属元件可以是第一电容性金属元件。另选地或附加地，第二金属元件可以是第二电容金属元件。另选地或附加地，第三金属元件可以是第三电容金属元件。

13、电容性金属元件可以是在用于将对入射电磁波的响应建模的等效电路模型中呈现显著电容的元件。因此，电容性金属元件可以不同于连续的金属片。电容性金属元件可以通过间隙彼此分开。特别地，电容性金属元件可以不同于主要为入射电磁波提供电感的电感性金属元件，例如，金属丝带。电容性金属元件可以向入射电磁波引入相位超前或滞后。

14、已经观察到，如上所述的mfss可以具有包括通带和阻带的频率响应。在各种应用中，可能希望实现通带和阻带。这是因为由此可以实现频率滤波器，并且可以减轻干扰和/或电磁暴露，同时可以支持所需通信频谱中电磁波的透射率。

15、由于在中间层中相邻的第二金属元件之间存在间隙，可以促进阻带的形成。这种间隙将对应于mfss的等效电路模型中的附加并联电容，该等效电路模型对应于π型滤波器，例如参见al-joumayly、mudar和nader behdad，"a new technique for design of low-profile,second-order,bandpass fsss."ieee transactions on antennas andpropagation 57.2(2009):452-459。

16、特别地，通带的透射率(即，能够通过mfss的电磁能相对于入射到mfss上的电磁能的部分可以接近于1，例如在0.9到1的范围内。另一方面，阻带的透射率可以小于10％，或者甚至小于e10-4。

17、作为一般规则，阻带可以在频域中从通带偏移。这意味着通带和阻带可以设置在不同的频率上。

18、作为一般规则，阻带可以处于比通带高的频率或比通带低的频率。

19、mfss的频率响应可能包括多个通带。例如，与阻带相比，第一通带可以处于较低频率，而与阻带相比，第二通带可以处于较高频率。

20、mfss的频率响应可能包括多个阻带。例如，第一阻带可以位于比通带低的频率，而第二阻带可以位于比通带高的频率。

21、通过使用具有在相邻金属元件之间存在间隙的第二阵列的mfss，可以灵活地调整阻带的频率和通带的频率。特别地，阻带的频率可以被移动，但不使通带的频率显著移动，反之亦然。这是因为阻带的频率主要受第二阵列中的间隙的影响；而通带的频率主要受第一阵列和第三阵列的几何形状的影响。

22、作为一般规则，第二阵列的金属填充率(metal filling fraction)可能低于第一阵列和第三阵列的金属填充率。金属填充率可以描述被被金属覆盖的面积与被相应阵列覆盖的总面积之间的比率。例如，连续金属层将具有1的金属填充率。介电层将具有0的金属填充率。

23、通过对中间层使用相对低的金属填充率，可以促进通带的形成。

24、作为一般规则，各种选择可用于实现中间层的金属元件。例如，中间层的金属元件可以是回路形状或十字形。

25、在一些示例中，第二阵列具有双重旋转对称。双重旋转对称将描述其中金属元件的几何形状围绕垂直于第二阵列的平面的旋转轴线的180°旋转导致初始几何形状的情形。即，这对应于镜像阵列的平面内轴上的几何形状。

26、这种双重对称具有多重含义。首先，对于x方向和y方向上的间隙可以使用不同的宽度(否则，如果对于x方向和y方向使用相同的间隙，这将导致四倍或更高的旋转对称性)。这意味着电磁波的水平极化和垂直极化(“水平”和“垂直”是任意定义的)受到mfss的不同影响。因此，特别地，可以调谐用于水平极化和垂直极化信号的不同阻带。这有助于减轻使用极化复用时的干扰。

27、因此，作为一般规则，相邻的第二金属元件可以沿第二阵列的第一面内方向(例如，x方向)彼此间隔开第一间隙，而相邻的第二金属元件可以沿第二阵列的第二面内方向(例如，y方向)彼此间隔开第二间隙。

28、作为一般规则，第一间隙可以与第二间隙相同地配置，或者可以不同地配置。例如，第一间隙可以较宽。

29、相邻的第二金属元件甚至可以沿第二阵列的第二面内方向连接在一起，即，没有间隙。

30、所有这些不同的配置能够针对电磁波的不同极化不同地定制阻带。

31、根据各种示例，可调谐电容器可以布置在第二层的相邻金属元件之间的一个或更多个间隙中。

32、例如，可调谐电容器可以使用pin二极管来实现。可调谐电容器可以使用压控电容器来实现。

33、通常，pin二极管可在两个状态之间切换，即接通或断开，其导致两个等效电容，例如当以反向偏压操作时。由此，可以接通/断开阻带。不同地，可调电容器可以表现出可调电容。由此，还可以通过调谐可调谐电容器的电容来改变阻带的频率。

34、根据各种示例，系统可以包括如上所述的mfss。另外，该系统可以包括电压源，该电压源被配置为向可调谐电容器施加偏置电压。控制单元可以被配置为控制电压源以施加偏置电压。

35、控制单元(例如，包括处理器和存储可由处理器加载和执行的程序代码的存储器)可被配置为基于指示阻带频率的控制数据来控制电压源以施加偏置电压。

36、作为一般规则，被配置为向可调谐电容器施加偏置电压以调谐阻带的频率的电压源可以使用多个可调谐电容器的串联连接来完成。于是，不需要单独地偏置每个单独的可调电容器，而是通过利用串联连接可以实现简化的供电网络。

37、无线通信设备包括盖和天线。天线被配置为发射或接收电磁波。如上所述的mfss可以附加到邻近天线的玻璃盖上。可以将通带的频率调谐到天线的频率。

38、盖可以由高介电常数材料制成，例如具有不小于4或不小于5的介电常数。

39、例如，盖可以由玻璃制成。

40、一种计算机实现的方法包括获得表示频率的控制数据。然后，可以控制电压源以偏置设置在mfss阵列的元件之间的间隙中的可调电容器。

41、应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要解释的特征不仅可以以所示的相应组合使用，而且可以以其它组合或单独使用。