[實用新型]基片集成波導多腔體級聯頻率選擇表面

無效

• 申請號: 200620126096.7
• 申請日: 2006-10-17
• 公開（公告）號: CN201017973Y
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 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

本實用新型的基片集成波導多腔體級聯高性能頻率選擇表面是一種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。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。為了改善FSS的頻率選擇特性，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，但目前用這種四分之一波長阻抗變換的級聯方式實現的大多是切比雪夫型響應特性，其選擇特性一般，限制它在很多實際應用場合下的使用。

發明內容

技術問題：本實用新型的目的是提供一種基片集成波導多腔體級聯頻率選擇表面，這種頻率選擇表面的階數可以通過增加級聯腔體的個數，從而實現高階高性能的濾波，且增加的中間腔體尺寸固定不用重新設計。在工作頻段性能穩定性好，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特性大大提高，性能穩定性好。

技術方案：基片集成波導多腔體級聯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，其次利用傳統級聯腔體和多模腔體互耦濾波器理論來設計多層基片集成波導腔體級聯FSS。在結構上，基于基片集成波導多腔體級聯高性能頻率選擇表面采用多層微波板材層壓而成，它包括上下外層的金屬面和中間多層金屬面，填充各金屬面之間空隙的中間介質層；在上下外層的金屬面上蝕刻尺寸相同的大“#”形縫隙槽，在中間多層金屬面上蝕刻與“#”形縫隙槽中心位置重合的另一尺寸的小“#”形縫隙槽；最后在層壓好的多層基片上面圍繞每個周期性大“#”形縫隙槽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。在上下外層的金屬面蝕刻的大“#”形縫隙槽是關于X、Y兩個方向完全對稱的“#”形縫隙，用于將平面波耦合到腔體；在中間多層金屬面蝕刻的小“#”形縫隙槽是關于X、Y兩個方向完全對稱的“#”形縫隙，用于將一個腔體中的電磁波耦合到另一個腔體。上下外層的金屬面的大“#”形縫隙槽中心頻率為12GHz時，單個縫隙長度為8.0毫米，寬度為1.0毫米，兩根平行縫隙的間隔是2.5毫米；中間多層金屬面的小“#”形縫隙槽中單個縫隙長為6.0毫米，寬度為1.0毫米，兩根平行縫隙的間隔是1.5毫米；使用介質基片為介電常數為2.65的F₄B材料，其厚度為4毫米。金屬化通孔的直徑為1.0毫米，金屬化通孔陣列間兩個相鄰金屬化通孔的孔心距為1.5毫米，金屬化通孔直徑與孔心距的比值大于0.5。

工作原理為：平面波入射到頻率選擇表面后，周期性的“#”形縫隙將工作頻段的平面波耦合到腔體里面，再通過腔體內的多模耦合和腔體間的耦合縫隙將電磁波耦合到下一個腔體，再通過另一側表面上縫隙將電磁波耦合到空間。空間平面波經過上下表面縫隙以及中間腔體的選擇性傳輸，最終形成了對傳輸的空間平面波的高性能的濾波。

有益效果：基片集成波導多腔體級聯頻率選擇表面具有以下優點：

a這種新型頻率選擇表面與以往研究設計出來的多屏級聯頻率選擇表面相比選擇性能顯著提高，其階數只需要增加相同尺寸的中間腔體個數就可以增加，從而提高其選擇特性，而不用重新設計，擴展性強。

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。

c這種新型頻率選擇表面結構簡單，全部結構在普通上下表面覆有金屬的介質基片上就可以實現。在設計過程中只需要調節“#”形縫隙的形狀和尺寸，以及金屬通孔的周期性尺寸就可以得到所需要的性能。結構參數少，大大節省設計優化的時間。

d這種新型頻率選擇表面制造簡單方便，用普通的層壓PCB工藝就可以實現，造價低廉。

附圖說明