[发明专利]一种宽通带3D频率选择表面

说明书

本发明公开了一种宽通带3D频率选择表面，旨在提高宽通带3D频率选择表面的角度稳定性，包括m×n个无源谐振单元；每个谐振单元包括五层介质板和四层金属层，金属层包括上层介质板上表面和下层介质板下表面的四个梯形环状结构，中间层介质板上下表面围绕介质板四边边缘所构成的方形金属环结构，以及方形金属环内部的两组2×2方形环状结构，第一组方形环状结构的中心在介质板四个对角位置，第二组环状的中心在相邻第一组环状中心连线的中点上，上层介质板上表面和下层介质板下表面的各梯形环状结构通过导线对应相连接。该结构在实现边缘陡降宽通带的同时，提高了角度稳定性，使其可应用于大入射角情形下，可用于通讯与雷达方面。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种频率选择表面，具体涉及一种角度稳定的3D结构宽通带频率选择表面，可用于无线通讯技术领域。

背景技术

频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)是一种由谐振单元周期排列组成的二维周期结构，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。它的响应特性随频率而变化，对某些频段内的入射电磁波呈现透射特性，而对于另一些频段内的入射电磁波呈现阻碍的特性。频率选择表面所呈现的这种在开放空间的电磁波滤波器功能，使其在科学和工程等领域具有很大的应用价值，一直是微波和天线学者们研究的一个重要方向。

角度稳定性和传输系数是描述频率选择表面工作性能的重要指标，角度稳定性是指频率选择表面在不同电磁波的入射角度下，表现出的透射和反射特性维持不变的一种性能。传输系数(S21)是用来表述穿过频率选择表面电磁波透射程度的指标，通常认为传输系数大于-3dB的频段为通带，小于-10dB的频段为阻带。

随着天线技术的发展，宽带天线技术的带宽也随之不断展宽，为保证宽带天线在工作频段内正常工作，而不受非工作频段电磁波的影响，研究人员通过设计宽通带频率选择表面来实现。针对宽通带频率选择表面的设计，目前实现方式分为平面宽通带频率选择表面形式和3D型宽通带频率选择表面的形式。平面型宽通带频率选择表面具有较高的角度稳定特性，但没有边缘陡降特性，其中陡降是描述从通带到阻带所需的相对带宽大小的一种特性，相对带宽越小则认为陡降特性越好；3D型宽通带频率选择表面具有边缘陡降特性，但角度稳定性较差，目前3D型宽通带频率选择表面所能达到的最大稳定入射角为20°，当入射角进一步增大，其宽通带内的透射特性以及高频的谐振特性将变差。

例如期刊文献Tianhao He,Weiming Li,Wu Ren,Zhenghui Xue,Design andAnalysis of 3D Circular Waveguide Frequency Selective Structure[C]Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation(APCAP).IEEE,2017:1-3,公开了一种3D型宽通带频率选择表面。其目的在于设计一种边缘陡降且具有一定角度稳定性的宽通带频率选择表面，其单元结构为，在正六边形的介质板中间开一个与该介质板等高的圆柱，该圆柱部分用介电常数与空气相等的介质填充，正六边形的剩余部分为PEC金属结构，称为金属壁结构，在圆柱介质上下表面各有四个相互夹角为90°的贴片，且圆柱下表面的四个贴片与圆柱上表面四个贴片在圆柱下表面的投影位置相重合，上下的四个金属贴片通过金属导线对应相连接，其S21的-3dB带宽为5.07-10.14GHz,相对带宽为66.7％，左右-3dB到-10dB带宽分别为5％与2％，具有边缘陡降特性。但是，随入射电磁波入射角的增大，结构的等效电长度变小，在高频的谐振效果会衰弱，且入射角的增大后，正六边形金属壁结构影响通带内的透射，在30°入射的入射波照射下，通带内出现明显的传输参数下凹，S21小于-3dB，不能满足大入射角，两边阻带中间宽通带的工作特性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出了一种宽通带3D频率选择表面，旨在保证边缘陡降特性的同时，提高角度稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：