[發明專利]一種窄帶帶通頻率選擇表面

在審

• 申請號: 202010708416.4
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111817011A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 董進;于正永
• 申請（專利權）人: 江蘇電子信息職業學院
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q15/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種窄帶帶通頻率選擇表面。該頻率選擇表面由若干個相同的單元結構周期排列構成，每個單元結構包括一個方形金屬筒和一個方形介質塊。方形介質塊的上下表面刻有一對相同的耶路撒冷金屬十字，中間層為帶有四個相同矩形孔徑的方形金屬板。單元結構的上下表面諧振結構通過中間層矩形孔徑發生電磁耦合作用，產生了兩個傳輸極點，形成了平坦通帶。同時，在通帶右側帶外引入了兩個傳輸零點，使得本發明具有高的頻率選擇性和寬的帶外抑制。同時該頻率選擇表面在雙極化模式下具有良好的角度穩定性。

技術領域

本發明屬于電磁場與微波技術領域，具體涉及一種窄帶帶通頻率選擇表面。

背景技術

頻率選擇表面(Frequency Selective Surface，FSS)作為一種空間濾波器，近年來被研究人員廣泛關注。由于其獨特的空間濾波特性，常被應用于雷達天線罩、吸波材料以及天線副反射器等。在窄帶通信應用場景中，設計具有窄帶特性的帶通FSS十分必要。

傳統二維FSS，往往在實現高性能指標時會受限，比如有限的諧振模式無法引入更多的傳輸零極點，單層FSS的工作帶寬有限以及多層FSS帶來的厚度及電尺寸的增加等不足。后來研究人員提出了三維FSS的概念，相比于二維FSS來說，三維FSS增加了一個維度的設計自由度，單元結構更加容易實現多個諧振模式的構建，為高性能FSS設計提供了思路。新加坡南洋理工大學沈忠祥教授團隊最早提出了三維FSS概念，他們基于屏蔽微帶線結構設計了一系列帶通三維FSS，以上問題得到了有效地改善，但這些結構只能工作于單極化模式，限制了它們的實際應用。后來有研究人員基于方同軸波導結構提出了雙極化帶通三維FSS，由于其單元結構的對稱性設計，因此很容易實現雙極化性能，但是其重量比較大、組裝復雜、成本高。也有研究人員基于過孔的金屬板加載介質諧振器，借助電磁耦合作用，實現了具有寬頻特性的帶通三維FSS，但是通帶兩側沒有任何傳輸零點，其頻率選擇性能和帶外抑制性能一般。因此，在窄帶通信應用背景下，設計一款具有窄帶特性、高的頻率選擇性、寬的帶外抑制、良好的角度穩定性、雙極化等優勢的FSS十分有意義。

發明內容

本發明提供一種窄帶帶通頻率選擇表面，實現TE和TM兩種極化模式、不同入射角度下穩定的頻率響應，同時具有窄帶特性、高的頻率選擇性、寬的帶外抑制以及較小的電尺寸。

本發明提供一種窄帶帶通頻率選擇表面，它由若干個相同的單元結構周期排列構成，每個單元結構包括一個方形金屬筒和一個方形介質塊。方形介質塊的上下表面刻有一對相同的耶路撒冷金屬十字，中間層為帶有四個相同矩形孔徑的方形金屬板。

本發明所提供的一種窄帶帶通頻率選擇表面，單元結構的上下表面諧振結構通過中間層矩形孔徑發生電磁耦合作用，產生了兩個傳輸極點，形成了平坦通帶。同時，在通帶右側帶外引入了兩個傳輸零點，使得本發明具有高的頻率選擇性和寬的帶外抑制。本發明由于單元結構具有對稱性，很容易實現雙極化；同時在TE和TM雙極化模式下，當0°，30°，60°角度入射時具有良好的角度穩定性。相比于現有帶通FSS來說，該FSS具有窄帶特性、高的頻率選擇性、寬的帶外抑制、良好的角度穩定性、雙極化以及較小的電尺寸等優勢。

附圖說明

圖1為本發明提出的窄帶帶通頻率選擇表面的單元結構三維示意圖。

圖2為構成本發明單元結構的部件示意圖(a)方形金屬筒；(b)方形介質塊。

圖3為本發明提出的窄帶帶通頻率選擇表面的單元結構尺寸標注示意圖(a)透視圖及參數標注；(b)上下表面及參數標注(c)中間層及參數標注。

圖4為本發明提出的窄帶帶通頻率選擇表面(4×4個單元結構)的三維示意圖。

圖5為本發明提出的窄帶帶通頻率選擇表面在電磁波垂直入射時的傳輸系數和反射系數仿真結果圖。

圖6為本發明提出的窄帶帶通頻率選擇表面在不同入射角度下的傳輸系數仿真結果圖(a)TE模式；(b)TM模式。