本實用新型涉及一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，尤其是一種介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，屬于頻率選擇性表面技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

頻率選擇表面(Frequency Selective Surface，F(xiàn)SS)是由相同的貼片或孔徑單元按二維周期性排列構(gòu)成的無限大平面結(jié)構(gòu)，它對具有不同工作頻率、極化狀態(tài)和入射角度的電磁波具有頻率選擇特性。按其對電磁波的頻率響應的不同，F(xiàn)SS大致可分為兩類：一種是金屬貼片型，另一種是與貼片型結(jié)構(gòu)互補的孔徑型，即在金屬平板上開槽(槽線)的結(jié)構(gòu)。當FSS處于諧振狀態(tài)時，入射電磁波發(fā)生全反射(單元為貼片型)或全透射(單元為槽線型)。由于這種獨特的空間濾波特性，使得FSS在工程領(lǐng)域具有很大的應用價值，成為微波和天線研究領(lǐng)域的一個重要方向。

據(jù)調(diào)查與了解，已經(jīng)公開的現(xiàn)有技術(shù)如下：

1)中國專利申請?zhí)枮?01510975867.3的發(fā)明專利申請公開了一種選擇性高和角度穩(wěn)定的頻率選擇表面，如圖1所示，由M×N個無源諧振單元周期排列而成，其中M≥3，N≥3；無源諧振單元采用由兩層介質(zhì)基板形成的上下層疊結(jié)構(gòu)，兩層介質(zhì)基板的表面印制有不同結(jié)構(gòu)的輻射貼片，每個介質(zhì)基板均設置有介質(zhì)通孔結(jié)構(gòu)，通過輻射貼片之間、輻射貼片自身結(jié)構(gòu)的相互耦合以及輻射貼片上設置的星形槽線，實現(xiàn)了頻率選擇表面的高選擇性和角度穩(wěn)定性，該技術(shù)在23.6GHz～23.9GHz頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)阻帶由0dB變化至-20dB，同時在24GHz～26GHz頻率范圍內(nèi)通帶特性在0°～45°角度范圍均保持良好，可用于反射面天線、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。

2)中國專利申請?zhí)枮?01510953990.5的發(fā)明專利申請公開了一種基于立體結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，如圖2所示，解決了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)簡單的頻率選擇表面存在可控制參數(shù)比較少，實際應用時存在頻率響應曲線斜率小、極化穩(wěn)定性差、小型化差的問題。該技術(shù)的四塊一號介質(zhì)板的垂直拼接構(gòu)成矩形框，矩形框的內(nèi)側(cè)壁涂有金屬薄膜層，一號介質(zhì)板上開有圓形通孔，且每個所述圓形通孔的內(nèi)側(cè)均涂有金屬薄膜層；兩塊二號介質(zhì)板均設置在所述矩形框內(nèi)，每塊二號介質(zhì)板的一對相對的邊均與所述矩形框的內(nèi)側(cè)壁固定連接，且兩塊二號介質(zhì)板沿中線垂直交接構(gòu)成十字形結(jié)構(gòu)，所述十字形的諧振結(jié)構(gòu)的左臂的下表面、右臂的上表面、上臂的左側(cè)表面和下臂的右側(cè)表面均設置有金屬薄膜條，適用于天線罩的制作使用。

3)中國專利申請?zhí)枮?01510772122.7的發(fā)明專利申請公開了一種雙頻帶寬帶頻率選擇表面，如圖3所示，其包括在銅板上刻蝕形成的周期排列的多個槽線孔單元，每個槽線孔單元包括正方形槽線孔，正方形槽線孔內(nèi)部設有兩條交叉的對角線槽線孔，正方形槽線孔的每條邊的中點設有使每條邊分割為兩段的實心部分，正方形槽線孔的外部設有波紋方環(huán)孔，波紋方環(huán)孔的每條邊包括3-5個圓弧段，每個圓弧段對應的圓形直徑相同且圓心在一條直線上；該技術(shù)通過波紋方環(huán)孔實現(xiàn)了更穩(wěn)定的入射角性能和極化穩(wěn)定性能，這種穩(wěn)定的頻率選擇表面可以應用于天線罩來減小天線RCS，也可以用來減小天線陣天線之間的互耦，還可以用來增加天線的輻射增益效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、性能優(yōu)越的特點，既可以作為單頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，又可以作為三頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：

一種介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，由多層PCB板緊密堆疊而成，所述多層PCB板分為頂層PCB板、中間層PCB板和底層PCB板，所述頂層PCB板和底層PCB板均由一塊PCB板組成，中間層PCB板由多塊PCB板組成，每塊PCB板包括M*N個周期單元，頂層PCB板和底層PCB板上的每個周期單元都具有一條槽線；其中，M＞10，N＞10。

作為一種優(yōu)選方案，每塊PCB板上設有多個過孔，多個過孔圍成M*N個周期單元，每個過孔的周圍留有覆銅走線，每塊PCB板的過孔和覆銅走線構(gòu)成電壁，使每個周期單元形成一個介質(zhì)腔諧振器。

作為一種優(yōu)選方案，每個周期單元為矩形周期單元，所有PCB板的M*N個周期單元構(gòu)成一個長方體結(jié)構(gòu)，該長方體結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)分別記為a、b和c；所述介質(zhì)腔諧振器激勵出三個沿X、Y、Z軸電場方向的諧振模式，分別為TE₀₁₁、TE₁₀₁和TM₁₁₀，這三個諧振模式的諧振頻率與長方體結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)有如下函數(shù)關(guān)系：

其中，K_0,1,1為諧振模式TE₀₁₁的諧振頻率，K_1,0,1為諧振模式TE₁₀₁的諧振頻率，K_1,1,0為諧振模式TM₁₁₀的諧振頻率。

作為一種優(yōu)選方案，所述頂層PCB板和底層PCB板上的每個周期單元的水平中心線所在坐標軸設為X軸，垂直中心線所在坐標軸設為Y軸；所述頂層PCB板和底層PCB板上的每個周期單元中的槽線相對該周期單元的幾何中心點沿X軸方向偏移距離S，且相對Y軸旋轉(zhuǎn)角度θ；其中，所述角度θ小于45度。

作為一種優(yōu)選方案，所述介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)為單頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)時，所述頂層PCB板上每個周期單元中的槽線相對該周期單元的幾何中心點沿X軸的正方向偏移距離S，且相對Y軸向右旋轉(zhuǎn)角度θ；所述底層PCB板上每個周期單元中的槽線相對該周期單元的幾何中心點沿X軸的正方向偏移距離S，且相對Y軸向左旋轉(zhuǎn)角度θ。

作為一種優(yōu)選方案，所述介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)為三頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)時，所述頂層PCB板上每個周期單元中的槽線相對該周期單元的幾何中心點沿X軸的正方向偏移距離S，且相對Y軸向右旋轉(zhuǎn)角度θ；所述底層PCB板上每個周期單元中的槽線相對該周期單元的幾何中心點沿X軸的負方向偏移距離S，且相對Y軸向右旋轉(zhuǎn)角度θ。

作為一種優(yōu)選方案，所述頂層PCB板和底層PCB板上的每個周期單元中的槽線為矩形槽線。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：

1、本實用新型的每塊PCB板包括M*N個周期單元，M*N個周期單元可以由多個過孔圍成，每個過孔的周圍留有覆銅走線，每塊PCB板的過孔和覆銅走線作為電壁，使每個周期單元形成一個介質(zhì)腔諧振器，同時所有PCB板的M*N個周期單元構(gòu)成一個長方體結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要的工作頻率選擇合適的長方體結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)尺寸。

2、本實用新型的頂層PCB板和底層PCB板上的每個周期單元都具有一條槽線，該槽線可以相對該周期單元的幾何中心點沿X軸方向進行偏移，且相對Y軸進行旋轉(zhuǎn)，偏移的距離可根據(jù)對應的尺寸變化，旋轉(zhuǎn)的角度在小于45度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，通過改變旋轉(zhuǎn)的角度，可以改變模式的耦合以及傳輸零點位置。

3、本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、性能優(yōu)越的特點，既可以作為單頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，又可以作為三頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，應用十分廣泛，范圍涉及電磁領(lǐng)域的許多方面，在微波波段可以用于天線罩、多頻反射面天線、平面高增益天線、電磁兼容吸收體、極化器、波導濾波器、人工電磁材料等。

附圖說明

圖1為第一種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為第二種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為第三種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型實施例1的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)裝配示意圖。

圖5為本實用新型實施例1的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的正面示意圖。

圖6為本實用新型實施例1的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)中的頂層PCB板示意圖。

圖7為本實用新型實施例1的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)中的中間層PCB板示意圖。

圖8為本實用新型實施例1的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)中的底層PCB板示意圖。

圖9為本實用新型實施例1的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)中的頂層PCB板上的周期單元示意圖。

圖10為本實用新型實施例1的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)中的底層PCB板上的周期單元示意圖。

圖11為本實用新型實施例1的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的S參數(shù)性能電磁仿真曲線圖。

圖12為本實用新型實施例2的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)中的底層PCB板上的周期單元示意圖。

圖13為本實用新型實施例2的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的S參數(shù)性能電磁仿真曲線圖。

其中，1-第一PCB板，2-第二PCB板，3-第三PCB板，4-第四PCB板，5-第五PCB板，6-過孔，7-覆銅走線，8-第一槽線，9-第二槽線。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。

實施例1：

如圖4～圖10所示，本實施例的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)由多層PCB板緊密堆疊而成，所述多層PCB板分為頂層PCB板、中間層PCB板和底層PCB板，所述頂層PCB板由第一PCB板1組成，所述中間層PCB板由第二PCB板2、第三PCB板3和第四PCB板4組成，所述底層PCB板由第五PCB板5組成。

第一PCB板1、第二PCB板2、第三PCB板3、第四PCB板4和第五PCB板5上均設有多個過孔6，每塊PCB板上的多個過孔6圍成M*N個周期單元，每個過孔6的周圍留有覆銅走線7；由于每塊PCB板的過孔6和覆銅走線7可以看作電壁，所以每個周期單元相當于一個介質(zhì)腔諧振器；其中，M＞10，N＞10，由于周期單元的數(shù)量 很多，在本實施例的圖中只示出了2*2的周期單元數(shù)量，每個周期單元為矩形周期單元，所有PCB板的M*N個周期單元構(gòu)成一個長方體結(jié)構(gòu)，該長方體結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)分別記為a、b和c；理論上，介質(zhì)腔諧振器可激勵出三個沿X、Y、Z軸電場方向的諧振模式，分別為TE₀₁₁、TE₁₀₁和TM₁₁₀，這三個諧振模式的諧振頻率與長方體結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)有如下函數(shù)關(guān)系：

其中，K_0,1,1為諧振模式TE₀₁₁的諧振頻率，K_1,0,1為諧振模式TE₁₀₁的諧振頻率，K_1,1,0為諧振模式TM₁₁₀的諧振頻率，可根據(jù)需要的工作頻率選擇合適的a、b、c的尺寸，無限制頻率范圍。

所述頂層PCB板(第一PCB板1)和底層PCB板(第二PCB板2)上的每個周期單元都具有一條槽線，其中頂層PCB板上的每個周期單元中的槽線為第一槽線8，底層PCB板上的每個周期單元中的槽線為第二槽線9，所述第一槽線8和第二槽線9均是長為L、寬為W的矩形槽線。

將頂層PCB板和底層PCB板上的每個周期單元的水平中心線所在坐標軸設為X軸，垂直中心線所在坐標軸設為Y軸，本實施例的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)作為單頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，從圖9中可以看到，在頂層PCB板上的每個周期單元中，第一槽線8相對該周期單元的幾何中心點沿X軸的正方向(+X軸)偏移距離S，且相對Y軸向右旋轉(zhuǎn)角度θ；從圖10中可以看到，在底層PCB板上的每個周期單元中，第二槽線9相對該周期單元的幾何中心點沿X軸的正方向(+X軸)偏移距離S，且相對Y軸向左旋轉(zhuǎn)角度θ，也就是說，第一槽線8和第二槽線9偏移的方向相同，而旋轉(zhuǎn)的方向相反；其中距離S可根據(jù)對應的尺寸變化，不固定，角度θ在小于45度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，工作頻率不同，角度θ的取值也不同。

單頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的S參數(shù)性能電磁仿真曲線如圖11所示，圖中S₁₁是輸入端口的回波損耗，S₂₁是輸入端口到輸出端口的正向傳輸系數(shù)，從圖中可以看到，只有一個頻段，S₁₁的值在-10dB以下。

實施例2：

本實施例的主要特點是：如圖12所示，本實施例的介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)作為三頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，在頂層PCB板上的每個周期單元中，第一槽線8相對該周期單元的幾何中心點沿X軸的正方向(+X軸)偏移距離S，且相對Y軸向右旋轉(zhuǎn) 角度θ；在底層PCB板上的每個周期單元中，第二槽線9相對該周期單元的幾何中心點沿X軸的負方向(-X軸)偏移距離S，且相對Y軸向右旋轉(zhuǎn)角度θ，也就是說，第一槽線8和第二槽線9偏移的方向相反，而旋轉(zhuǎn)的方向相同。其余同實施例1。

三頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的S參數(shù)性能電磁仿真曲線如圖13所示，圖中S₁₁是輸入端口的回波損耗，S₂₁是輸入端口到輸出端口的正向傳輸系數(shù)，從圖中可以看到，有三個頻段，S₁₁的值在-10dB(或以下)。

綜上所述，本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、性能優(yōu)越的特點，既可以作為單頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，又可以作為三頻介質(zhì)腔頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，應用十分廣泛，范圍涉及電磁領(lǐng)域的許多方面，在微波波段可以用于天線罩、多頻反射面天線、平面高增益天線、電磁兼容吸收體、極化器、波導濾波器、人工電磁材料等。

以上所述，僅為本實用新型專利較佳的實施例，但本實用新型專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型專利的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本實用新型專利的保護范圍。