[實用新型]準橢圓濾波特性頻率選擇表面

無效

• 申請號: 200620126095.2
• 申請日: 2006-10-17
• 公開（公告）號: CN200965908Y
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 羅國清;洪偉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01P1/207
• 分類號: H01P1/207;H01P1/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本實用新型是一種基于基片集成波導腔體級聯技術的具有準橢圓濾波特性的超薄新型頻率選擇表面，屬于微波技術領域。

背景技術

頻率選擇表面(FSS)在工程應用中十分廣泛。FSS對電磁波的透射和反射具有良好的選擇性，對于其通帶內的電磁波呈現全通特性，而對其阻帶內的電磁波則呈全反射特性，具有空間濾波功能。在微波領域中，FSS可用于通訊衛星系統的頻段多工器，利用多饋源配置來擴大通訊容量。另一個主要用途是制作天線罩，用于航空航天中雷達天線的屏蔽與隱身。還可以作為單片集成插入物來制作高性能的波導濾波器。FSS的主要性能是頻率選擇特性，對于激勵源的入射方向及極化的敏感程度以及帶寬的穩定性。傳統的由周期性貼片或縫隙陣列形成的FSS選擇性較差。目前國際上最通用的方法就是將多屏FSS級聯來獲得更好的選擇特性。級聯的多層FSS之間充填有作為阻抗變換器使用的介質層，但介質層厚度約為工作頻段中心頻率對應波長的四分之一，這使得整個FSS結構厚度非常大，限制它在很多實際應用場合下的使用。而且目前的各種各樣的多屏級聯方式由于無法實現交叉耦合，所以還沒見到有實現橢圓或準橢圓濾波特性的頻率選擇表面的報導。

發明內容

技術問題：本實用新型的目的是提供一種基于基片集成波導腔體級聯技術而在國內外首次實現用單片集成結構形成具有超薄準橢圓濾波特性頻率選擇表面，這種頻率選擇表面在工作頻段選擇性能極大提高，性能穩定性好，厚度大大減小，易于加工，結構簡單，成本低。該頻率選擇表面與現有多層級聯的頻率選擇表面相比選擇性能極大改善，體積大大減小。

技術方案：基于基片集成波導技術的準橢圓濾波特性頻率選擇表面首先引入腔體的高品質因素諧振來提高FSS的頻率選擇特性，增強它對于激勵源的入射角度和極化的不敏感性以及各種環境下的帶寬穩定性。其次它根據傳統級聯腔體濾波器理論和多模腔體濾波器理論，利用本身的雙模諧振特性和多層結構來獲得實現橢圓或準橢圓濾波特性所必須要的交叉耦合。在結構上，超薄準橢圓濾波特性頻率選擇表面的基片用三層微波板材層壓制造而成，基片包括上下表面的金屬面和中間兩層金屬面，在該四層金屬面之間填充有上中下三層介質層；同時在上下表面的金屬面上刻尺寸相同的大方環型縫隙槽，在中間兩層金屬面上刻與上下表面大方環型縫隙槽中心位置重合的另一尺寸的小方環型縫隙槽；最后在層壓好的基片上面圍繞每個周期性方環型縫隙單元以均勻的間隔設有一系列金屬化通孔，形成等效于傳統金屬腔體的基片集成波導腔體。上下表面的金屬面蝕刻的大方環型縫隙槽是關于長寬兩個方向完全對稱的“□”形縫隙，用于將平面波耦合到腔體；用于將一個腔體中的電磁波耦合到另一個腔體而在中間兩層金屬表面蝕刻的小方環型縫隙槽是關于長寬兩個方向完全對稱的小“□”形縫隙。大方環型縫隙槽在Ka頻段中心頻率為30GHz時，其邊長為2.58毫米，寬度為0.24毫米，中間金屬表面的小方環型縫隙槽邊長為1.39毫米，寬度為0.15毫米；使用介質基片為介電常數為2.2的Rogers5880材料，其厚度為0.254毫米。金屬化通孔6的直徑為0.4毫米，金屬化通孔陣列間兩個相鄰金屬化通孔的孔心距為0.6毫米，金屬化通孔直徑與孔心距的比值大于0.5。

這種頻率選擇表面結合了傳統周期性結構和雙模腔體結構的傳輸特性和場分布。工作時表面的周期性縫隙將一定頻率范圍內的平面波耦合到腔體里面，在腔體中實現同一腔體中兩種不同模式和不同腔體中同一模式的交叉耦合，從而形成具有準橢圓濾波特性。可以作為頻段多工器應用于衛星、雷達等通信系統的多頻天線，作為雷達天線罩用于隱身技術，制造毫米波/紅外復合遙感技術中復用天線的復用副面，以及光學和準光系統的偏振器和波束分離裝置。

工作原理為：平面波入射到頻率選擇表面后，周期性的方環型縫隙將工作頻段的平面波耦合到腔體里面，經過同一腔體中不同模式和不同腔體中同一模式的交叉耦合，形成多次濾波后將一通帶范圍內的波通過另一側的縫隙耦合出去。空間平面波經過上下表面縫隙以及中間三個腔體的雙模式選擇性傳輸，最終實現了對空間平面波的高選擇性濾波。

有益效果：基于基片集成波導技術形成的準橢圓濾波特性的超薄新型頻率選擇表面具有以下優點：

a這種新型頻率選擇表面是我們在國內外首次利用單片集成的結構上實現具有準橢圓濾波特性的頻率選擇表面。與以往的頻率選擇表面相比，選擇性能極大的提高，體積大大減小，厚度僅為傳統的多屏平面級聯方式形成的頻率選擇表面的六分之一。

b這種新型頻率選擇表面性能穩定，在工作頻段的插入損耗小，選擇性高。而且它的高選擇性和帶寬穩定性不隨入射波的入射角度以及極化狀態的變化而變化。