[发明专利]一种基于多层耦合结构的毫米波三频频率选择表面

说明书

本发明属于通信领域，特别涉及一种基于多层耦合结构的毫米波三频频率选择表面，包括多个频率选择单元在二维平面内排列成阵列结构，每个频率选择单元包括顶层金属层、第一高频介质基板、中间金属层、第二高频介质基板、底层金属层，顶层金属层、中间金属层和底层金属层为印刷在第一高频介质基板或者第二高频介质基板上的金属图案，即顶层金属层、中间金属层和底层金属层通过第一高频介质基板和第二高频介质基板隔开，其特征在于，顶层金属层和底层金属层的金属图案为交叉蜿蜒缝隙结构；中间金属层为方形金属环；本发明的频率选择表面具有频带之间独立可调，极化和入射角稳定等优势，且其具有结构简单易于加工制作，适用于5G无线通信等领域。

技术领域

本发明属于通信领域，涉及电磁场与微波技术领域，特别涉及一种基于多层耦合结构的毫米波三频频率选择表面。

背景技术

频率选择表面类似于超材料，在微波领域和红外领域有着广泛的应用前景，由大量的无源谐振单元按照一定的排布方式周期排列组成，作为电磁波和光信号的一种空间滤波器，与空间电磁波相互作用表现出明显的带阻(贴片型单元)或带通(孔径型单元)的滤波性质，近年来被从事微波和天线领域的相关学者广泛的研究，它可以作为天线罩以减少雷达的散射面积(RCS)，极化转换器，隐身材料，以及改变建筑物的电磁特性。随着网络与通信设备的快速发展，军用与民用的电磁波段越来越多，具有高滤波，高截止，高选择特性的频率选择结构成为研究热点。国外的研究早在上世纪世界第二次大战被秘密研究，用于反侦察敌方战机，理论也在逐渐完善。我国的研究由于技术还不够成熟，开始的较晚，但由于FSS广泛的应用前景以及商业价值，近十年成为研究热点。

随着全球互联网及移动通信的迅速发展，智能手机及平板电脑等移动终端设备的普及，数据业务对于网络带宽的需求呈几何增长，所传输的数据量也越来越大。5G技术营运而生，它具有超凡的数据处理能力，可以在最新的无线通信系统中绑定无限的通话量和无限的数据广播业务。5G不单使用传统的低频段(Sub 6GHz)，而且还采用了频谱资源更丰富的高频领域，即毫米波频段。频率选择表面一直在低频段(sub 6GHz)有着广泛的研究和应用。随着无线通信的不断发展以及频谱资源的日益丰富，在高频段的FSS的应用显得尤为重要，特别是毫米波频段。电磁屏蔽，波束赋形，多频带天线，高增益天线都离不开频率选择表面的贡献。小型化，极化稳定性，入射角稳定性以及高选择性一直是频率选择表面研究的重要指标，与普通滤波器不同的是，FSS是应用在无限的空间领域中，电磁波的极化和入射角度对其影响巨大，这也是研究难点之一。其次，在高频段领域中，由于波长较小，频率选择表面的单元尺寸就相对低频段小很多，可以达到毫米级别，大量的谐振周期单元组成FSS表面，这对加工工艺提出了很高的要求。

由于受到加工工艺的影响，复杂的拓扑结构和多层FSS加工起来比较困难，误差也会相对较大。其次，由于毫米波频段的不稳定性，FSS在大角度入射角以及不同偏振角下表现出及其敏感的特性。

发明内容

有鉴于此本发明提出一种基于多层耦合结构的毫米波三频频率选择表面，包括包括多个频率选择单元在二维平面内排列成阵列结构，每个频率选择单元包括顶层金属层1、第一高频介质基板2、中间金属层3、第二高频介质基板4、底层金属层5，顶层金属层1、中间金属层3和底层金属层5为印刷在第一高频介质基板2或者第二高频介质基板4上的金属图案，即顶层金属层1、中间金属层3和底层金属层5通过第一高频介质基板2和第二高频介质基板4隔开，顶层金属层1和底层金属层5的金属图案为交叉蜿蜒缝隙结构，即将交叉矩形缝隙中的每个臂通过曲折处理形成蜿蜒缝隙结构；中间金属层3为方形金属环。

进一步的，顶层金属层1和底层金属层5的四角边上分别设有四个边缘缝隙6，边缘缝隙的范围为0.1mm-0.15mm，且每个边缘缝隙6与偶极子孔径相距一段间隔，间隔范围在0.05mm-0.15mm。