專利名稱：一種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)構(gòu)成 的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面，可以作為頻段多工器，廣泛 應(yīng)用在衛(wèi)星通信、武器平臺(tái)的雷達(dá)等無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合。
技術(shù)背景頻率選擇表面(FSS)在工程應(yīng)用中十分廣泛。FSS對(duì)電磁波的透射和 反射具有良好的選擇性，對(duì)于其通帶內(nèi)的電磁波呈現(xiàn)全通特性，而對(duì)其阻 帶內(nèi)的電磁波則呈全反射特性，具有空間濾波功能。在微波領(lǐng)域中，F(xiàn)SS 可用于通訊衛(wèi)星系統(tǒng)的頻段多工器，利用多饋源配置來(lái)擴(kuò)大通訊容量。另 一個(gè)主要用途是制作天線罩，用于航空航天中雷達(dá)天線的屏蔽與隱身。還 可以作為單片集成插入物來(lái)制作高性能的波導(dǎo)濾波器。FSS的主要性能是 頻率選擇特性，對(duì)于激勵(lì)源的入射方向及極化的敏感程度以及帶寬的穩(wěn)定 性。傳統(tǒng)的單層平面FSS選擇特性一般，對(duì)于平面波不同角度入射性能不 穩(wěn)定。為了提高選擇特性，雙面介質(zhì)加載和多層平面級(jí)聯(lián)是最常采用的方 法，但這樣又導(dǎo)致制造成本高昂，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜無(wú)法進(jìn)行快速有效的 設(shè)計(jì)。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的具有雙邊帶陡 降特性的新型頻率選擇表面，這種頻率選擇表面在工作頻段對(duì)于變角度入 射性能穩(wěn)定性好，由于模式耦合的原因?qū)е聝蓚€(gè)邊帶具有陡降特性，從而 使得通帶的選擇特性大大提高。而且其幾何結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的物理意義明確，使 得易于設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于加工，成本低。本實(shí)用新型的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面包括介質(zhì)基 片，介質(zhì)基片的兩面鍍有金屬層，分別是上金屬層和下金屬層；貫穿上金 屬層、介質(zhì)基片和下金屬層周期性地開(kāi)有多組通孔，通孔內(nèi)壁鍍金屬層，形成金屬化通孔；每組金屬化通孔排列為兩個(gè)相鄰的正方形，分別構(gòu)成高 頻基片集成波導(dǎo)腔體和低頻基片集成波導(dǎo)腔體，高頻基片集成波導(dǎo)腔體的 邊長(zhǎng)小于低頻基片集成波導(dǎo)腔體的邊長(zhǎng)；高頻基片集成波導(dǎo)腔體中心點(diǎn)和低頻基片集成波導(dǎo)腔體中心點(diǎn)的連線與高頻基片集成波導(dǎo)腔體以及低頻基 片集成波導(dǎo)腔體對(duì)應(yīng)的邊平行。對(duì)應(yīng)高頻基片集成波導(dǎo)腔體和低頻基片集成波導(dǎo)腔體的區(qū)域內(nèi)的上、 下金屬層分別對(duì)應(yīng)蝕刻有完全相同的四個(gè)正方環(huán)形的耦合縫隙，四個(gè)耦合 縫隙與對(duì)應(yīng)的高頻基片集成波導(dǎo)腔體和低頻基片集成波導(dǎo)腔體的中心分別 重合、四邊分別平行。對(duì)應(yīng)的一個(gè)高頻基片集成波導(dǎo)腔體、 一個(gè)低頻基片集成波導(dǎo)腔體和四 個(gè)耦合縫隙組成頻率選擇表面的一個(gè)周期單元，多個(gè)周期單元順序排列， 構(gòu)成周期單元的矩形網(wǎng)格陣列。本實(shí)用新型的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面是在普通的介 質(zhì)基片上通過(guò)采用基片集成波導(dǎo)技術(shù)制造等效于傳統(tǒng)閉合金屬腔的腔體結(jié) 構(gòu)，從而引入腔體的高品質(zhì)因素諧振來(lái)提高頻率選擇表面的頻率選擇特 性，增強(qiáng)它對(duì)于激勵(lì)源的入射角度和極化的不敏感性以及各種環(huán)境下的帶 寬穩(wěn)定性。其次在相鄰單元利用基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的頻率選擇表面具 有雙模諧振的特性，可以調(diào)節(jié)邊帶的位置和選擇特性。在結(jié)構(gòu)上，基片為 具有雙面金屬層的介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片上相鄰周期間隔范圍內(nèi)以均勻的 間隔設(shè)有多組金屬化通孔，形成大小不同的相鄰高頻、低頻正方形基片集 成波導(dǎo)腔體。在高頻、低頻腔體內(nèi)的上下金屬層蝕刻完全相同的四個(gè)正方 環(huán)形耦合縫隙。具體工作原理平面波入射到具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表 面后，通帶頻率內(nèi)的電磁波通過(guò)周期性的正方環(huán)形耦合縫隙耦合到高頻、 低頻腔體中，并通過(guò)縫隙諧振模式和兩個(gè)高頻、低頻腔體中諧振在不同頻 率的兩個(gè)腔體諧振模式相互作用后通過(guò)另一個(gè)表面的正方環(huán)形耦合縫隙耦 合到空間。不同諧振模式的相互耦合形成了上下邊帶的陡降特性，從而形成了高性能的空間濾波。有益效果基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)構(gòu)成的具有雙邊帶陡降特性的新型 頻率選擇表面具有以下優(yōu)點(diǎn)a. 這種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面與傳統(tǒng)的頻率選擇表 面相比，由于采用了基片集成波導(dǎo)腔體技術(shù)，通過(guò)兩種不同諧振模式的耦 合在通帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)了雙邊陡降特性的濾波，選擇性能顯著改善。并且每個(gè)邊 帶的性能完全由其中一類腔體單元控制，這樣每類單元可以分別設(shè)計(jì)，且 幾何參數(shù)對(duì)應(yīng)明確的物理意義， 一些改進(jìn)的解析公式可以用于加快設(shè)計(jì)進(jìn) 程。b. 這種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面性能穩(wěn)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(wěn)定性不隨入射波 的入射角度的變化而變化。C.這種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全部結(jié)構(gòu) 在普通上下表面覆有金屬的介質(zhì)基片上就可以實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中只需要 調(diào)節(jié)正方環(huán)型縫隙的形狀和尺寸，以及由金屬通孔陣列構(gòu)成的兩個(gè)腔體的 尺寸和周期性的大小就可以得到所需要的性能。結(jié)構(gòu)參數(shù)少，大大節(jié)省設(shè) 計(jì)優(yōu)化的時(shí)間。d.這種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面制造簡(jiǎn)單方便，用普通的PCB制造工藝就可以實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低廉。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例在平面波正入射時(shí)傳輸響應(yīng)的測(cè)試結(jié)果圖；圖4是本實(shí)用新型一實(shí)施例在電場(chǎng)方向平行周期單元窄邊的TE波以 不同角度入射時(shí)傳輸響應(yīng)的測(cè)試結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
如圖l和2所示，具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面包括厚度為1.0毫米R(shí)ogers5880介質(zhì)基片7，介質(zhì)基片7的兩面鍍有金屬層，分別 是上金屬層1和下金屬層6。貫穿上金屬層1、介質(zhì)基片7和下金屬層6 周期性地開(kāi)有直徑為1毫米的多組通孔，通孔內(nèi)壁鍍金屬層，形成金屬化 通孔2。每組金屬化通孔2排列為兩個(gè)相鄰的正方形，分別構(gòu)成邊長(zhǎng)為 21.2毫米的高頻基片集成波導(dǎo)腔體3和邊長(zhǎng)為22毫米的低頻基片集成波 導(dǎo)腔體5，基片集成波導(dǎo)腔體各邊上的金屬化通孔1的孔間距相同，均為 1.5毫米。對(duì)應(yīng)高頻和低頻基片集成波導(dǎo)腔體區(qū)域內(nèi)的上、下金屬層分別 蝕刻尺寸完全相同且寬度為1毫米邊長(zhǎng)為7.14毫米的正方環(huán)形的耦合縫 隙4，高頻基片集成波導(dǎo)腔體3與對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的耦合縫隙4的中心重合、 四邊分別平行；低頻基片集成波導(dǎo)腔體5與對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的耦合縫隙4的中 心重合、四邊分別平行；高頻基片集成波導(dǎo)腔體3中心點(diǎn)和低頻基片集成 波導(dǎo)腔體5中心點(diǎn)的連線與高頻基片集成波導(dǎo)腔體3以及低頻基片集成波 導(dǎo)腔體5對(duì)應(yīng)的邊平行。對(duì)應(yīng)的一個(gè)高頻基片集成波導(dǎo)腔體3、低頻基片 集成波導(dǎo)腔體5、四個(gè)耦合縫隙4、組成頻率選擇表面的一個(gè)長(zhǎng)度為48毫 米寬度為24毫米的周期單元，多個(gè)周期單元順序排列，構(gòu)成周期單元矩 形網(wǎng)格陣列。該具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面的具體制造過(guò)程為首先 在選取對(duì)應(yīng)參數(shù)的基片，貫穿整個(gè)基片周期性地開(kāi)有多組金屬化通孔構(gòu)成 一組大小不同的兩個(gè)相鄰正方形高頻、低頻基片集成波導(dǎo)腔體。在高頻腔 體區(qū)域內(nèi)和低頻腔體區(qū)域內(nèi)的上下金屬層分別蝕刻尺寸完全相同的四個(gè)正 方環(huán)形耦合縫隙。高頻腔體及其內(nèi)部的耦合縫隙與低頻腔體及其內(nèi)部的耦 合縫隙構(gòu)成一個(gè)周期單元，多個(gè)周期單元順序排列，構(gòu)成周期單元矩形網(wǎng) 格陣列的頻率選擇表面。這種頻率選擇表面結(jié)合了傳統(tǒng)周期性結(jié)構(gòu)縫隙諧 振特性和金屬腔體結(jié)構(gòu)的腔體諧振特性，具有很高的頻率選擇特性。選擇 合適的正方環(huán)形耦合縫隙和基片集成波導(dǎo)腔體的尺寸，可以方便地調(diào)節(jié)通帶的位置以及邊帶的選擇特性，從而形成具有雙邊陡降特性的頻率選擇表 面。整個(gè)頻率選擇表面完全由普通的PCB工藝實(shí)現(xiàn)，制作簡(jiǎn)單，成本低廉。圖3 4為該頻率選擇表面在平面波正入射和電場(chǎng)方向平行周期單元 窄邊的TE波以不同角度入射時(shí)傳輸響應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，從圖中可以看出這 種新型的頻率選擇表面在平面波以不同角度入射時(shí)性能穩(wěn)定，選擇性好。
權(quán)利要求1、一種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面，包括介質(zhì)基片，其特征在于介質(zhì)基片的兩面鍍有金屬層，分別是上金屬層和下金屬層；貫穿上金屬層、介質(zhì)基片和下金屬層周期性地開(kāi)有多組金屬化通孔，每組金屬化通孔排列為兩個(gè)相鄰的正方形，分別構(gòu)成高頻基片集成波導(dǎo)腔體和低頻基片集成波導(dǎo)腔體，高頻基片集成波導(dǎo)腔體的邊長(zhǎng)小于低頻基片集成波導(dǎo)腔體的邊長(zhǎng)；高頻基片集成波導(dǎo)腔體中心點(diǎn)和低頻基片集成波導(dǎo)腔體中心點(diǎn)的連線與高頻基片集成波導(dǎo)腔體以及低頻基片集成波導(dǎo)腔體對(duì)應(yīng)的邊平行；對(duì)應(yīng)高頻基片集成波導(dǎo)腔體和低頻基片集成波導(dǎo)腔體的區(qū)域內(nèi)的上、下金屬層分別對(duì)應(yīng)蝕刻有完全相同的四個(gè)正方環(huán)形的耦合縫隙，四個(gè)耦合縫隙與對(duì)應(yīng)的高頻基片集成波導(dǎo)腔體和低頻基片集成波導(dǎo)腔體的中心分別重合、四邊分別平行；對(duì)應(yīng)的一個(gè)高頻基片集成波導(dǎo)腔體、一個(gè)低頻基片集成波導(dǎo)腔體和四個(gè)耦合縫隙組成頻率選擇表面的一個(gè)周期單元，多個(gè)周期單元順序排列，構(gòu)成周期單元的矩形網(wǎng)格陣列。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面。傳統(tǒng)頻率選擇表面選擇性低、性能穩(wěn)定性差、體積大。本實(shí)用新型在介質(zhì)基片的兩面鍍有金屬層，貫穿整個(gè)介質(zhì)基片開(kāi)有排列為多組大小正方形的金屬化通孔，形成多組高頻、低頻基片集成波導(dǎo)腔體。相鄰高頻、低頻腔體內(nèi)的上、下金屬層蝕刻相同的正方環(huán)形耦合縫隙。與普通的由兩種不同尺寸的周期性貼片或者縫隙構(gòu)成的雙頻帶頻率選擇表面相比，本實(shí)用新型由于引入了腔體諧振模式，實(shí)現(xiàn)了通帶的雙邊陡降特性，大大提高了通帶的選擇特性，其性能對(duì)于入射波的角度和極化性的穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)H01P1/212GK201117773SQ200720191628
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者孫玲玲, 羅國(guó)清 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)