一種單層雙頻帶阻頻率選擇表面的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種頻率選擇表面，尤其是一種單層雙頻帶阻頻率選擇表面。

背景技術(shù)：

頻率選擇表面在天線罩、微波吸波體、天線反射器和電磁屏蔽中應(yīng)用廣泛。典型的頻率選擇表面是具有周期結(jié)構(gòu)的空間帶通或帶阻濾波器，傳統(tǒng)的頻率選擇表面主要是單頻響應(yīng)。隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)具有多頻特性的頻率選擇表面，以避免相鄰?fù)ㄐ旁O(shè)備的互擾成為了研究熱點(diǎn)。多諧振單元，如同心圓環(huán)或方環(huán)可實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的頻率響應(yīng)，用于多頻頻率選擇表面的設(shè)計(jì)。已有不少學(xué)者作了相關(guān)研究，如多層或者三維結(jié)構(gòu)、分形結(jié)構(gòu)、多諧振單元、非諧振亞波長(zhǎng)小型化結(jié)構(gòu)等，但多層使其結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，同時(shí)參數(shù)敏感性增強(qiáng)，加工精度要求提高。

現(xiàn)有技術(shù)中，J. Yang提出了分析同心方環(huán)諧振頻率選擇表面的精確等效電路（EC）模型，然而電阻加載使得加工困難；Ghaffer I. Kiani設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)新穎的適應(yīng)于傾斜角度入射的頻率選擇表面，然而雙層疊加的模式使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜；Yi-Min Yu提出了基于銅線加載的小型化頻率選擇表面，然而該結(jié)構(gòu)僅為單頻特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工簡(jiǎn)便的單層雙頻帶阻頻率選擇表面。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種單層雙頻帶阻頻率選擇表面，包括矩形介質(zhì)基板、方環(huán)貼片諧振器、交叉偶極子諧振器以及四個(gè)銅線加載；方環(huán)貼片諧振器設(shè)置于介質(zhì)基板的上板面上，且方環(huán)貼片諧振器的四周邊緣分別與矩形介質(zhì)基板的四周邊緣平行；交叉偶極子諧振器設(shè)置于介質(zhì)基板的上板面上，且交叉偶極子諧振器的四路分支位于方環(huán)貼片諧振器的兩條對(duì)角線上；四個(gè)銅線加載貫穿矩形介質(zhì)基板，并分別與交叉偶極子諧振器四個(gè)末端垂直連接。

采用方環(huán)貼片諧振器在低頻（WLAN，5GHz）產(chǎn)生諧振，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率可調(diào)，并且為多諧振單元預(yù)留了空間位置，可減小單元之間的耦合；采用位于方環(huán)貼片諧振器環(huán)內(nèi)的交叉偶極子在高頻產(chǎn)生諧振，交叉偶極子傾斜放置以增加其長(zhǎng)度，降低諧振頻率；采用在交叉偶極子端部設(shè)置銅線加載，從而增加了偶極子等效電容和電感，并進(jìn)一步降低高頻諧振頻率（X-band，10GHz）。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步限定方案，方環(huán)貼片諧振器的環(huán)邊寬度為0.4~0.5mm，且環(huán)邊與矩形介質(zhì)基板邊緣的間距為0.25mm。隨著方環(huán)貼片尺寸的增大，即環(huán)邊與矩形介質(zhì)基板邊緣的間距減小時(shí)，相對(duì)應(yīng)的等效電容和電感會(huì)增大，第一個(gè)諧振頻率往低頻偏移，并會(huì)稍微影響第二個(gè)帶阻的諧振效果。方環(huán)貼片諧振器的環(huán)邊寬在變換不大的情況下對(duì)兩個(gè)諧振頻率影響較小。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步限定方案，交叉偶極子諧振器的分支寬度為0.3~0.5mm，且位于同一對(duì)角線上的兩路分支總長(zhǎng)為6~8mm。采用分支寬度為0.3~0.5mm以及兩路分支總長(zhǎng)為6~8mm的交叉偶極子諧振器能夠在低頻（5GHz）產(chǎn)生諧振。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步限定方案，銅線加載的半徑和高度分別為0.25mm和1.6mm。采用半徑和高度分別為0.25mm和1.6mm銅線加載使交叉偶極子諧振器具有較好的等效電感和電容，以進(jìn)一步降低偶極子的諧振頻率。

本實(shí)用新型的有益效果在于：（1）采用方環(huán)貼片諧振器在低頻（WLAN，5GHz）產(chǎn)生諧振，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率可調(diào)，并且為多諧振單元預(yù)留了空間位置，可減小單元之間的耦合；（2）采用位于方環(huán)貼片諧振器環(huán)內(nèi)的交叉偶極子在高頻產(chǎn)生諧振，交叉偶極子傾斜放置以增加其長(zhǎng)度，降低諧振頻率；（3）采用在交叉偶極子端部設(shè)置銅線加載，從而增加了偶極子等效電容和電感，并進(jìn)一步降低高頻諧振頻率（X-band，10GHz）。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)傳輸仿真結(jié)果圖；

圖3為本實(shí)用新型的5GHz仿真電場(chǎng)；

圖4為本實(shí)用新型的10GHz仿真電場(chǎng)；

圖5為本實(shí)用新型的5GHz仿真磁場(chǎng)；

圖6為本實(shí)用新型的10GHz仿真磁場(chǎng)；

圖7為本實(shí)用新型的等效電路模型；

圖8為本實(shí)用新型的仿真?zhèn)鬏斚禂?shù)隨交叉偶極子尺寸變化曲線；

圖9為本實(shí)用新型的TM波極化傳輸系數(shù)仿真曲線；

圖10為本實(shí)用新型的TE波極化傳輸系數(shù)仿真曲線。

圖中：1、矩形介質(zhì)基板，2、方環(huán)貼片諧振器，3、交叉偶極子諧振器，4、銅線加載。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型的單層雙頻帶阻頻率選擇表面包括：矩形介質(zhì)基板1、方環(huán)貼片諧振器2、交叉偶極子諧振器3以及四個(gè)銅線加載4。

其中，方環(huán)貼片諧振器2設(shè)置于介質(zhì)基板1的上板面上，且方環(huán)貼片諧振器2的四周邊緣分別與矩形介質(zhì)基板1的四周邊緣平行；交叉偶極子諧振器3設(shè)置于介質(zhì)基板1的上板面上，且交叉偶極子諧振器3的四路分支位于方環(huán)貼片諧振器2的兩條對(duì)角線上；四個(gè)銅線加載4貫穿矩形介質(zhì)基板1，并分別與交叉偶極子諧振器3四個(gè)末端垂直連接；方環(huán)貼片諧振器2的環(huán)邊寬度為0.4~0.5mm，優(yōu)選為0.5mm，且環(huán)邊與矩形介質(zhì)基板1邊緣的間距為0.25mm；交叉偶極子諧振器3的分支寬度為0.3~0.5mm，優(yōu)選為0.4mm，且位于同一對(duì)角線上的兩路分支總長(zhǎng)為6~8mm ，優(yōu)選為7mm；銅線加載4的半徑和高度分別為0.25mm和1.6mm；矩形介質(zhì)基板1采用FR4，高度為1.6mm，相對(duì)介電常數(shù)為ε_r=4.4，損耗角正切為tanδ=0.02；。

如圖2所示，通過(guò)對(duì)傳輸系數(shù)仿真，獲得了頻帶相對(duì)較寬的雙頻帶阻特性。通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整方環(huán)貼片諧振器2的尺寸，可實(shí)現(xiàn)低頻（5GHz）帶阻。為了降低交叉偶極子諧振器3在高頻的諧振頻率，四個(gè)銅線加載4對(duì)稱加載于交叉偶極子的頂端，以增加等效電容和電感?？梢钥闯?，加載后的諧振頻率由14.5GHz降低到10GHz。

如圖3和4所示，為進(jìn)一步分析帶阻特性，圖中給出了該單層雙頻帶阻頻率選擇表面在兩個(gè)帶阻中心頻率處的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布。其中，圖3的電場(chǎng)為5GHz，圖中電流主要分布在方環(huán)貼片諧振器2的左右兩側(cè)，與沒(méi)有交叉偶極子諧振器3和銅線加載4的仿真結(jié)果一致。圖4的電場(chǎng)為10GHz，圖中電流主要聚集在銅線加載4上，驗(yàn)證了在相鄰銅線加載4之間存在較強(qiáng)的耦合。如前所述，銅線加載4增加了交叉偶極子諧振器3的等效電感和電容。

如圖5和6所示，圖5的磁場(chǎng)為5GHz，圖中磁流主要分布在方環(huán)貼片諧振器2的上下兩側(cè)。圖6的磁場(chǎng)為10GHz，圖中磁流主要分布在交叉偶極子諧振器3上。根據(jù)傳輸線模型和等效電路理論，上述設(shè)計(jì)可在兩個(gè)諧振頻率附近產(chǎn)生較強(qiáng)的耦合。

全波分析常用于優(yōu)化頻率選擇表面的結(jié)構(gòu)參數(shù)，仿真時(shí)間隨結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性的增加而指數(shù)增大。等效電路模型可先預(yù)測(cè)頻率選擇表面的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，以提高仿真效率，并且給出了頻率選擇表面的物理解釋，便于設(shè)計(jì)人員理解。基于傳輸理論，本實(shí)用新型的頻率選擇表面的等效電路可由兩組并聯(lián)LC諧振電路等效，如圖7所示。圖中C1 和 L1 分別代表交叉偶極子諧振器3的等效電容和電感， L2 和 L3 分別是銅線加載4和交叉偶極子諧振器3的等效電感， C2 定義為兩個(gè)最鄰近銅線加載4之間的互感，Z0 是自由空間的特性阻抗。低頻帶阻的中心頻率主要是由C1 和 L1諧振引起的，高頻帶阻的中心頻率主要是由L2、L3和C2諧振引起的。

如圖8所示，通過(guò)進(jìn)一步的參數(shù)分析，可以發(fā)現(xiàn)交叉偶極子諧振器3結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)低頻帶阻特性有耦合作用。隨著偶極子長(zhǎng)度的增加，兩個(gè)諧振頻帶都往低頻偏移，然而偶極子長(zhǎng)度在變化不大的情況下對(duì)諧振頻率影響較小。因此，在交叉偶極子諧振器3和方環(huán)貼片諧振器2之間必然存在耦合。

如圖9和圖10所示，該實(shí)用新型頻率選擇表面對(duì)TM和TE波極化的不同角度頻率響應(yīng)特性，阻帶帶寬相對(duì)于中心頻率5GHz和10GHz分別約是35%和37%。對(duì)于TM波極化，帶阻特性相對(duì)穩(wěn)定；對(duì)于TE波，隨著入射角度的增加，第一個(gè)的帶阻特性幾乎保持不變。而第二個(gè)帶阻頻帶往低頻偏移，并且在高頻帶部分出現(xiàn)了二次諧振，這主要是由于第二個(gè)帶阻是由不對(duì)稱的頂端加載交叉偶極子諧振的。