[發明專利]一種寬通帶3D頻率選擇表面

在審

• 申請號: 201910331692.0
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110034408A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 姜文;王鵬;余俊;陳帥;張文武
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發明公開了一種寬通帶3D頻率選擇表面，旨在提高寬通帶3D頻率選擇表面的角度穩定性，包括m×n個無源諧振單元；每個諧振單元包括五層介質板和四層金屬層，金屬層包括上層介質板上表面和下層介質板下表面的四個梯形環狀結構，中間層介質板上下表面圍繞介質板四邊邊緣所構成的方形金屬環結構，以及方形金屬環內部的兩組2×2方形環狀結構，第一組方形環狀結構的中心在介質板四個對角位置，第二組環狀的中心在相鄰第一組環狀中心連線的中點上，上層介質板上表面和下層介質板下表面的各梯形環狀結構通過導線對應相連接。該結構在實現邊緣陡降寬通帶的同時，提高了角度穩定性，使其可應用于大入射角情形下，可用于通訊與雷達方面。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種頻率選擇表面，具體涉及一種角度穩定的3D結構寬通帶頻率選擇表面，可用于無線通訊技術領域。

背景技術

頻率選擇表面(Frequency Selective Surface，FSS)是一種由諧振單元周期排列組成的二維周期結構，本身并不吸收能量，但卻能起到濾波的作用，本質上是一種空間濾波器。它的響應特性隨頻率而變化，對某些頻段內的入射電磁波呈現透射特性，而對于另一些頻段內的入射電磁波呈現阻礙的特性。頻率選擇表面所呈現的這種在開放空間的電磁波濾波器功能，使其在科學和工程等領域具有很大的應用價值，一直是微波和天線學者們研究的一個重要方向。

角度穩定性和傳輸系數是描述頻率選擇表面工作性能的重要指標，角度穩定性是指頻率選擇表面在不同電磁波的入射角度下，表現出的透射和反射特性維持不變的一種性能。傳輸系數(S21)是用來表述穿過頻率選擇表面電磁波透射程度的指標，通常認為傳輸系數大于-3dB的頻段為通帶，小于-10dB的頻段為阻帶。

隨著天線技術的發展，寬帶天線技術的帶寬也隨之不斷展寬，為保證寬帶天線在工作頻段內正常工作，而不受非工作頻段電磁波的影響，研究人員通過設計寬通帶頻率選擇表面來實現。針對寬通帶頻率選擇表面的設計，目前實現方式分為平面寬通帶頻率選擇表面形式和3D型寬通帶頻率選擇表面的形式。平面型寬通帶頻率選擇表面具有較高的角度穩定特性，但沒有邊緣陡降特性，其中陡降是描述從通帶到阻帶所需的相對帶寬大小的一種特性，相對帶寬越小則認為陡降特性越好；3D型寬通帶頻率選擇表面具有邊緣陡降特性，但角度穩定性較差，目前3D型寬通帶頻率選擇表面所能達到的最大穩定入射角為20°，當入射角進一步增大，其寬通帶內的透射特性以及高頻的諧振特性將變差。

例如期刊文獻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,公開了一種3D型寬通帶頻率選擇表面。其目的在于設計一種邊緣陡降且具有一定角度穩定性的寬通帶頻率選擇表面，其單元結構為，在正六邊形的介質板中間開一個與該介質板等高的圓柱，該圓柱部分用介電常數與空氣相等的介質填充，正六邊形的剩余部分為PEC金屬結構，稱為金屬壁結構，在圓柱介質上下表面各有四個相互夾角為90°的貼片，且圓柱下表面的四個貼片與圓柱上表面四個貼片在圓柱下表面的投影位置相重合，上下的四個金屬貼片通過金屬導線對應相連接，其S21的-3dB帶寬為5.07-10.14GHz,相對帶寬為66.7％，左右-3dB到-10dB帶寬分別為5％與2％，具有邊緣陡降特性。但是，隨入射電磁波入射角的增大，結構的等效電長度變小，在高頻的諧振效果會衰弱，且入射角的增大后，正六邊形金屬壁結構影響通帶內的透射，在30°入射的入射波照射下，通帶內出現明顯的傳輸參數下凹，S21小于-3dB，不能滿足大入射角，兩邊阻帶中間寬通帶的工作特性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提出了一種寬通帶3D頻率選擇表面，旨在保證邊緣陡降特性的同時，提高角度穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：