[实用新型]准椭圆滤波特性频率选择表面

说明书

技术领域

本实用新型是一种基于基片集成波导腔体级联技术的具有准椭圆滤波特性的超薄新型频率选择表面，属于微波技术领域。

背景技术

频率选择表面(FSS)在工程应用中十分广泛。FSS对电磁波的透射和反射具有良好的选择性，对于其通带内的电磁波呈现全通特性，而对其阻带内的电磁波则呈全反射特性，具有空间滤波功能。在微波领域中，FSS可用于通讯卫星系统的频段多工器，利用多馈源配置来扩大通讯容量。另一个主要用途是制作天线罩，用于航空航天中雷达天线的屏蔽与隐身。还可以作为单片集成插入物来制作高性能的波导滤波器。FSS的主要性能是频率选择特性，对于激励源的入射方向及极化的敏感程度以及带宽的稳定性。传统的由周期性贴片或缝隙阵列形成的FSS选择性较差。目前国际上最通用的方法就是将多屏FSS级联来获得更好的选择特性。级联的多层FSS之间充填有作为阻抗变换器使用的介质层，但介质层厚度约为工作频段中心频率对应波长的四分之一，这使得整个FSS结构厚度非常大，限制它在很多实际应用场合下的使用。而且目前的各种各样的多屏级联方式由于无法实现交叉耦合，所以还没见到有实现椭圆或准椭圆滤波特性的频率选择表面的报导。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提供一种基于基片集成波导腔体级联技术而在国内外首次实现用单片集成结构形成具有超薄准椭圆滤波特性频率选择表面，这种频率选择表面在工作频段选择性能极大提高，性能稳定性好，厚度大大减小，易于加工，结构简单，成本低。该频率选择表面与现有多层级联的频率选择表面相比选择性能极大改善，体积大大减小。

技术方案：基于基片集成波导技术的准椭圆滤波特性频率选择表面首先引入腔体的高品质因素谐振来提高FSS的频率选择特性，增强它对于激励源的入射角度和极化的不敏感性以及各种环境下的带宽稳定性。其次它根据传统级联腔体滤波器理论和多模腔体滤波器理论，利用本身的双模谐振特性和多层结构来获得实现椭圆或准椭圆滤波特性所必须要的交叉耦合。在结构上，超薄准椭圆滤波特性频率选择表面的基片用三层微波板材层压制造而成，基片包括上下表面的金属面和中间两层金属面，在该四层金属面之间填充有上中下三层介质层；同时在上下表面的金属面上刻尺寸相同的大方环型缝隙槽，在中间两层金属面上刻与上下表面大方环型缝隙槽中心位置重合的另一尺寸的小方环型缝隙槽；最后在层压好的基片上面围绕每个周期性方环型缝隙单元以均匀的间隔设有一系列金属化通孔，形成等效于传统金属腔体的基片集成波导腔体。上下表面的金属面蚀刻的大方环型缝隙槽是关于长宽两个方向完全对称的“□”形缝隙，用于将平面波耦合到腔体；用于将一个腔体中的电磁波耦合到另一个腔体而在中间两层金属表面蚀刻的小方环型缝隙槽是关于长宽两个方向完全对称的小“□”形缝隙。大方环型缝隙槽在Ka频段中心频率为30GHz时，其边长为2.58毫米，宽度为0.24毫米，中间金属表面的小方环型缝隙槽边长为1.39毫米，宽度为0.15毫米；使用介质基片为介电常数为2.2的Rogers5880材料，其厚度为0.254毫米。金属化通孔6的直径为0.4毫米，金属化通孔阵列间两个相邻金属化通孔的孔心距为0.6毫米，金属化通孔直径与孔心距的比值大于0.5。

这种频率选择表面结合了传统周期性结构和双模腔体结构的传输特性和场分布。工作时表面的周期性缝隙将一定频率范围内的平面波耦合到腔体里面，在腔体中实现同一腔体中两种不同模式和不同腔体中同一模式的交叉耦合，从而形成具有准椭圆滤波特性。可以作为频段多工器应用于卫星、雷达等通信系统的多频天线，作为雷达天线罩用于隐身技术，制造毫米波/红外复合遥感技术中复用天线的复用副面，以及光学和准光系统的偏振器和波束分离装置。

工作原理为：平面波入射到频率选择表面后，周期性的方环型缝隙将工作频段的平面波耦合到腔体里面，经过同一腔体中不同模式和不同腔体中同一模式的交叉耦合，形成多次滤波后将一通带范围内的波通过另一侧的缝隙耦合出去。空间平面波经过上下表面缝隙以及中间三个腔体的双模式选择性传输，最终实现了对空间平面波的高选择性滤波。

有益效果：基于基片集成波导技术形成的准椭圆滤波特性的超薄新型频率选择表面具有以下优点：

a这种新型频率选择表面是我们在国内外首次利用单片集成的结构上实现具有准椭圆滤波特性的频率选择表面。与以往的频率选择表面相比，选择性能极大的提高，体积大大减小，厚度仅为传统的多屏平面级联方式形成的频率选择表面的六分之一。

b这种新型频率选择表面性能稳定，在工作频段的插入损耗小，选择性高。而且它的高选择性和带宽稳定性不随入射波的入射角度以及极化状态的变化而变化。