[发明专利]提高角度稳定性的频率选择表面结构

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种角度稳定性高的频率选择表面，可用于卫星通信、反射面天线、室内屏蔽等领域。

背景技术

频率选择表面FSS是由大量相同单元按二维周期性排列构成的单层或多层平面结构。FSS本身并不吸收能量，但却能起到滤波的作用，本质上是一种空间滤波器。频率选择表面FSS的单元通常有两种类型，即贴片型与孔径型，当入射波频率与频率选择表面的谐振频率相等时，两种类型的单元分别表现出全反射或全透射的现象。由于其独特滤波特性，频率选择表面FSS常被应用于飞行器雷达罩、天线反射板等。

频率选择表面不同于传统的微波滤波器件，其性能不仅随入射波频率而变化，而且与入射波的角度、极化方式密切相关。一般来说，在斜入射的情况下，随着入射波角度的增大，频率选择表面的谐振频率会发生不同程度的偏移。当斜入射角度大到60°～85°时，频率选择表面的性能将会严重恶化以至于无法使用。因此，角度稳定性与极化稳定性是衡量一个频率选择表面性能的重要参考指标。目前，大多数频率选择表面的角度稳定性能只能保持在0°～30°之内，一些频率选择表面也仅能在0°～60°范围内保持性能稳定。如中国专利申请，授权公布号为CN204966641U，名称为“基于十字框型结构的贴片型频率选择表面周期单元”的发明专利，该专利公开了一种基于十字框架型结构贴片型频率选择表面周期单元，包括十字形本体，十字型本体包括四个十字形结构和用于连接相邻两个十字形结构的连接部。该设计仅能在入射角为0°～60°范围内保持极化稳定性与角度稳定性。在斜入射角度为60°～80°时，只有较少的频率选择表面还能保持性能稳定。如在文章Zhao Z,Shi H,Guo J,et al.A Stop-band Frequency Selective Surface with Ultra-large Angle of Incidence[J].2016:1-1.中，作者通过分形技术设计出一种频率选择表面，该频率选择表面所说在入射角度为0°～80°范围内保持谐振频率稳定，但其不能满足对更大入射角度如85°时谐振频率稳定的需求。

随着通信技术的发展，通信系统性能不断提升，对频率选择表面的角度稳定性要求也越来越高。如何设计出角度稳定性高的频率选择表面，并且尽可能降低谐振频率偏移量已成为目前频率选择表面设计的难点之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足之处，提出一种提高角度稳定性的频率选择表面结构，以在电磁波斜入射时，保证谐振频率稳定的情况下，尽可能降低谐振频率偏移量。

为了实现上述的目的，本发明的频率选择表面结构由M×N个无源谐振单元周期排列而成，其中M≥3，N≥3，每个无源谐振单元包括介质基板和印制于其表面的金属贴片，其特征在于：金属贴片包括对称的四个“凹”字图形；每个“凹”字图形两个外竖臂的中部均设有镂空缝隙，且左下端开口，以形成一个连续的曲折条带，这四个曲折条带的首尾通过矩形条带相连，构成完整的方形闭环条带。

作为优选，所述介质基板采用相对介电常数为2.2～2.65的正方形板材，其边长D＝7.8mm～8.2mm，厚度H＝1mm～2mm。

作为优选，所述金属贴片的长度和宽度相等，均为L1＝7mm～7.5mm。

作为优选，所述每个“凹”字图形的长度L2与宽度L3相等，均为3mm～3.6mm；每个“凹”字图形的两个外竖臂宽度W2为0.6mm～1.2mm，长度L4为2.8mm～3.2mm。

作为优选，所述镂空缝隙(23)的长度L5为2.4mm～2.8mm，宽度为Wg＝0.2mm～0.4mm。

作为优选，矩形条带的长度Wt为0.3mm～0.5mm。

作为优选，矩形条带的宽度W3与曲折条带的宽度W1相等，取值为0.2mm～0.4mm。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明的频率选择表面单元由于采用四个对称的“凹”字图形与矩形条带组成的曲折型闭环条带，因此，频率选择表面单元在结构上具有对称性，这种对称性，可降低本单元对于不同极化入射波的敏感程度，使得本发明对于TE极化或TM极化的入射波均具有较好的谐振稳定性。

2、本发明所采用的频率选择表面单元由于其内部含有诸多的曲折结构，故能在尽量小的空间内容纳较长的单元总周长，增加了电流路径，当电磁波在60°～85°的大角度斜入射时，有利于降低其谐振频率偏移量。