[发明专利]具有双边带陡降特性的新型频率选择表面

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种基于基片集成波导技术构成的具有双边带陡降特性的新型频率选择表面，可以作为频段多工器，广泛应用在卫星通信、武器平台的雷达等无线通信系统应用场合。

背景技术

频率选择表面(FSS)在工程应用中十分广泛。FSS对电磁波的透射和反射具有良好的选择性，对于其通带内的电磁波呈现全通特性，而对其阻带内的电磁波则呈全反射特性，具有空间滤波功能。在微波领域中，FSS可用于通讯卫星系统的频段多工器，利用多馈源配置来扩大通讯容量。另一个主要用途是制作天线罩，用于航空航天中雷达天线的屏蔽与隐身。还可以作为单片集成插入物来制作高性能的波导滤波器。FSS的主要性能是频率选择特性，对于激励源的入射方向及极化的敏感程度以及带宽的稳定性。传统的单层平面FSS选择特性一般，对于平面波不同角度入射性能不稳定。为了提高选择特性，双面介质加载和多层平面级联是最常采用的方法，但这样又导致制造成本高昂，而且结构比较复杂无法进行快速有效的设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于基片集成波导技术的具有双边带陡降特性的新型频率选择表面，这种频率选择表面在工作频段对于变角度入射性能稳定性好，由于模式耦合的原因导致两个边带具有陡降特性，从而使得通带的选择特性大大提高。而且其几何结构对应的物理意义明确，使得易于设计，结构简单易于加工，成本低。

本发明的具有双边带陡降特性的新型频率选择表面包括介质基片，介质基片的两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层；贯穿上金属层、介质基片和下金属层周期性地开有多组通孔，通孔内壁镀金属层，形成金属化通孔；每组金属化通孔排列为两个相邻的正方形，分别构成高频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体，高频基片集成波导腔体的边长小于低频基片集成波导腔体的边长；高频基片集成波导腔体中心点和低频基片集成波导腔体中心点的连线与高频基片集成波导腔体以及低频基片集成波导腔体对应的边平行。

对应高频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体的区域内的上、下金属层分别对应蚀刻有完全相同的四个正方环形的耦合缝隙，四个耦合缝隙与对应的高频基片集成波导腔体和低频基片集成波导腔体的中心分别重合、四边分别平行。

对应的一个高频基片集成波导腔体、一个低频基片集成波导腔体和四个耦合缝隙组成频率选择表面的一个周期单元，多个周期单元顺序排列，构成周期单元的矩形网格阵列。

所述的金属化通孔的直径小于频率选择表面工作的中心频率所对应空气波长的十分之一，金属化通孔的直径和基片集成波导腔体同一边上相邻两个金属化通孔的孔心距的比值大于0.5。

本发明的具有双边带陡降特性的新型频率选择表面是在普通的介质基片上通过采用基片集成波导技术制造等效于传统闭合金属腔的腔体结构，从而引入腔体的高品质因素谐振来提高频率选择表面的频率选择特性，增强它对于激励源的入射角度和极化的不敏感性以及各种环境下的带宽稳定性。其次在相邻单元利用基于基片集成波导技术的频率选择表面具有双模谐振的特性，可以调节边带的位置和选择特性。在结构上，基片为具有双面金属层的介质基片，在介质基片上相邻周期间隔范围内以均匀的间隔设有多组金属化通孔，形成大小不同的相邻高频、低频正方形基片集成波导腔体。在高频、低频腔体内的上下金属层蚀刻完全相同的四个正方环形耦合缝隙。

具体工作原理：平面波入射到具有双边带陡降特性的新型频率选择表面后，通带频率内的电磁波通过周期性的正方环形耦合缝隙耦合到高频、低频腔体中，并通过缝隙谐振模式和两个高频、低频腔体中谐振在不同频率的两个腔体谐振模式相互作用后通过另一个表面的正方环形耦合缝隙耦合到空间。不同谐振模式的相互耦合形成了上下边带的陡降特性，从而形成了高性能的空间滤波。

有益效果：基于基片集成波导技术构成的具有双边带陡降特性的新型频率选择表面具有以下优点：

a.这种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面与传统的频率选择表面相比，由于采用了基片集成波导腔体技术，通过两种不同谐振模式的耦合在通带内实现了双边陡降特性的滤波，选择性能显著改善。并且每个边带的性能完全由其中一类腔体单元控制，这样每类单元可以分别设计，且几何参数对应明确的物理意义，一些改进的解析公式可以用于加快设计进程。

b.这种具有双边带陡降特性的新型频率选择表面性能稳定，在工作频段的插入损耗小，选择性高。而且它的高选择性和带宽稳定性不随入射波的入射角度的变化而变化。