[发明专利]基于弯折线和交指结构的小型化单元带阻频率选择表面

说明书

本发明公开了基于弯折线和交指结构的小型化单元带阻频率选择表面。该频率选择表面由若干相同结构单元在介质基板一侧表面按照水平和竖直方向周期排列而成，其结构单元包括介质基板、弯折线、交指结构。弯折线关于结构单元中心对称，且分布于单元的中间部分；交指结构分布于结构单元的边缘；水平方向的弯折线和交指结构可以由竖直方向弯折线和交指结构旋转90°获得。弯折线和交指结构彼此相连，可等效为串联的电感和电容，使得该频率选择表面在工作频率附近呈现带阻滤波特性。本发明的频率选择表面具有单元尺寸小、加工成本低、频率响应对电磁波入射角度和极化状态的变化不敏感等优点。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种基于弯折线和交指结构的小型化单元带阻频率选择表面。

背景技术

频率选择表面是由相同的金属贴片、孔径等结构单元周期排列而成的无限大二维阵列结构，它对不同工作频率、入射角度以及极化状态的电磁波具有频率选择滤波特性，因而被广泛用于微波系统和天线等领域。传统频率选择表面的谐振单元尺寸通常比拟于工作波长，这导致其频率响应对电磁波入射角度和极化状态变化较为敏感。并且在实际应用中，频率选择表面所占面积通常为有限区域，为了获得稳定的频率响应，小型化单元设计则至关重要。

目前频率选择表面单元小型化主要通过如下几种方式实现：第一，加载集总元件。由于加载的集总元件可提供较大的电感、电容，因而该方法能够大大降低频率选择表面工作频率，实现单元的小型化。但由于集总元件会产生寄生谐振，因此很难在宽带、或高频范围内提供稳定的性能。第二，采用网栅及其互补结构。该方法通过将网栅结构(呈感性)和其互补结构(呈容性)级联起来实现结构单元小型化，通常需要通过多层级联实现，因而成本较高。第三，采用弯曲技术，即使用弯折线结构。该方法通过增加频率选择表面单元内谐振振子的长度(增大其等效电感)，从而降低谐振频率，实现单元小型化。第四，使用交指结构。该方法通过增加频率选择表面单元间的耦合(增大等效电容)，实现单元小型化。单独使用弯折线或交指结构实现结构单元的小型化，一方面小型化程度不高，另一方面还增加结构的复杂性，使得分析起来较为困难。因此，若将弯折线和交指结构有机结合起来，可设计出小型化程度高、加工成本低、分析简便的频率选择表面。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于弯折线和交指结构的小型化单元带阻频率选择表面，通过对称地将弯折线和交指结构相互连接，同时增加了等效电路中串联电感和电容值，从而降低了谐振频率，减小了单元尺寸，改善了频率响应对电磁波入射角度和极化状态变化的敏感性。此外，本发明提出的频率选择表面易于分析设计，只在介质基板一侧刻蚀印刷电路，因而加工简便。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于弯折线和交指结构的小型化单元带阻频率选择表面，其特征在于，结构单元包含：在介质基板1一侧按照水平方向和竖直方向周期排列的水平弯折线2、3和竖直弯折线4、5，水平交指结构6、7，和竖直交指结构8、9，弯折线关于单元中心对称，且分布于单元的中部；交指结构位于单元的边缘。

作为本发明的进一步优化方案，所述弯折线的导体线宽均匀一致，弯折线的长度由中心开始向边缘逐渐增加呈蛇形弯折，且关于单元中心对称分布，如2和3，4和5。弯折线弯折的次数越多，其等效的电感值越大，越容易实现小型化。

作为本发明的进一步优化方案，所述交指结构由本单元结构和相邻单元结构共同构成，如本单元的交指结构6和相邻单元的交指结构7，本单元的交指结构9和相邻单元的交指结构8。交指结构的交指导体数量越多，其等效的电容值越大，越容易实现小型化。

作为本发明的进一步优化方案，所述介质基板表面上的弯折线2、3、4、5，与交指结构6、7、8、9彼此连接，形成等效的电感和电容串联谐振电路。

作为本发明的进一步优化方案，所述水平方向弯折线和交指结构可以由竖直方向的弯折线和交指结构旋转90°获得，简化了结构单元的复杂度。