[發(fā)明專利]阿基米德螺旋形頻率選擇表面

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910025897.6
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN109755753B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華光;劉頌陽;王建博;葉建宇
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q1/42
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明提出一種以阿基米德螺旋方程構(gòu)成的頻率選擇表面(FSS)單元結(jié)構(gòu)，該FSS由水平和垂直方向周期排列延伸或呈“品”字型交錯(cuò)排列延伸的周期單元構(gòu)成，頻率選擇表面為貼片結(jié)構(gòu)時(shí)，周期單元在金屬層上為m(m≥2)臂阿基米德螺旋結(jié)構(gòu)(振子型)；頻率選擇表面為縫隙結(jié)構(gòu)時(shí)，周期單元在金屬層上為m臂阿基米德螺旋形縫隙結(jié)構(gòu)(縫隙型)。阿基米德螺旋形頻率選擇表面基本結(jié)構(gòu)，自上而下包括金屬層、基板層、介質(zhì)支撐層(所述金屬層可設(shè)置于基板層的上表面或下表面)；頻率選擇表面或?yàn)閺?fù)合結(jié)構(gòu)，為上下多個(gè)基本結(jié)構(gòu)的級聯(lián)。本發(fā)明在L波段(1?2GHz)、S波段(2?4GHz)和部分C波段(4?6GHz)內(nèi)具有低插入損耗的帶通特性以及在X波段(8?12GHz)具有明顯帶阻特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線和微波技術(shù)領(lǐng)域，該阿基米德螺旋形頻率選擇表面是具有低插入損耗、寬頻帶、空間和頻率濾波特性的帶通或帶阻濾波器。可應(yīng)用于移動(dòng)通信基站、雷達(dá)、電子導(dǎo)航等設(shè)備的天線罩中以達(dá)到抗干擾和減小雷達(dá)散射截面(RCS)的目的。

背景技術(shù)

頻率選擇表面(FSS)由二維周期排列的金屬貼片單元或在導(dǎo)電金屬屏上二維周期排列的開孔單元構(gòu)成，是一種具有頻率選擇特性的二維周期結(jié)構(gòu)。在安裝有雷達(dá)傳感器的各類飛行器(飛機(jī)、導(dǎo)彈與衛(wèi)星等)上，都希望雷達(dá)天線罩在工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸，而在工作頻段外像金屬罩一樣，與飛行器外形相賦形，從而達(dá)到低雷達(dá)散射截面(RCS)的目的，構(gòu)成各類隱身飛行器。這種特殊的天線罩就是利用“頻率選擇表面”理論設(shè)計(jì)與研制的。頻率選擇表面是一種空間濾波器，它可作為雷達(dá)天線的帯通天線罩，也可作為無線通信雙頻天線的雙工器，又可作為特定通帶的吸波結(jié)構(gòu)件等。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種頻率選擇表面，振子型(縫隙型)能夠在低頻段(高頻段)，如：L波段(1-2GHz)、S波段(2-4GHz)以及部分C波段(4-8GHz)具有低插入損耗、寬頻帶的帯通特性，在高頻段(低頻段)，如：X波段(8-12GHz)中具有帶阻特性。

技術(shù)方案：阿基米德螺旋形頻率選擇表面，包括若干個(gè)周期單元，所述周期單元包括金屬層；所述頻率選擇表面為貼片結(jié)構(gòu)時(shí)，所述金屬層為m臂阿基米德螺旋；所述頻率選擇表面為縫隙結(jié)構(gòu)時(shí)，所述金屬層中設(shè)有m臂阿基米德螺旋形縫隙，m為大于等于2的正整數(shù)。m臂阿基米德螺旋的兩個(gè)臂之間的夾角為

優(yōu)選的，所述周期單元在水平和垂直方向周期排列延伸或呈“品”字型交錯(cuò)排列延伸形成頻率選擇表面。

優(yōu)選的，所述周期單元為矩形或正方形，矩形的長邊或正方形的邊長P約為λ為阻帶中心頻率對應(yīng)的波長。

優(yōu)選的，每個(gè)阿基米德螺旋線臂的線寬Δw約為0.1λ，λ為阻帶中心頻率對應(yīng)的波長。

優(yōu)選的，每個(gè)阿基米德螺旋線臂滿足如下極坐標(biāo)方程關(guān)系式：

其中：r為線上極角處所對應(yīng)的極徑；

r₀為螺旋初始徑向距離，取值范圍為0＜r₀＜P；

為初始極角；

a為螺距增長快慢的常數(shù)，取

優(yōu)選的，所述線上極角的取值范圍為

優(yōu)選的，所述頻率選擇表面為基本結(jié)構(gòu)時(shí)，周期單元自上而下包括基板層、介質(zhì)層，所述金屬層設(shè)置于基板層的上表面或下表面；所述頻率選擇表面為復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，為上下多個(gè)基本結(jié)構(gòu)的級聯(lián)。

優(yōu)選的，所述周期單元還包括外蒙皮層。

與平面螺旋天線中的阿基米德螺旋天線的區(qū)別是：該發(fā)明為基于阿基米德螺旋線的頻率選擇表面，與阿基米德螺旋天線并無直接聯(lián)系，工作時(shí)并不需要饋電。