[实用新型]单边陡降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的具有单边陡降滤波特性的超薄频率选择表面，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，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。为了改善FSS的频率选择特性，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，但多为切比雪夫响应特性，选择特性不够高。同时级联的多层FSS之间充填有作为阻抗变换器使用的介质层，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，这些都限制了它在很多实际应用场合下的使用。

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形成具有超薄单边陡降滤波特性的频率选择表面，这种频率选择表面在工作频段性能稳定性好，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性能稳定性好，体积大大减小。

技术方案：本实用新型的单边陡降滤波特性频率选择表面用两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层金属面，在该三层金属面之间填充有上下两层介质层；同时在上下表面的金属面上开尺寸相同的大方环型缝隙槽，在中间金属面上刻中心位置与上下表面方环型缝隙槽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大方环型缝隙槽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。

该选择表面用于将平面波耦合到腔体而在上下金属表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；与用于将一个腔体中的电磁波耦合到另一个腔体而在中间层金属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“□”形缝隙。

该选择表面在Ka频段中心频率为30GHz时上下金属表面的大方环型缝隙槽边长为2.52毫米，宽度为0.21毫米，中间层金属面的小方环型缝隙槽边长为1.35毫米，宽度为0.13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普通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，再将腔体中双模式谐振的能量通过中间的耦合缝隙将电磁波耦合到下一个腔体，这种腔体的多次滤波作用将一更窄频率范围的波通过另一侧的缝隙耦合出去，从而 完成对空间平面波的高选择性传输。

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，再经过腔体中两个不同模式的耦合和腔体间的耦合，通过另一侧表面上缝隙将电磁波耦合到空间。空间平面波经过上下表面缝隙以及中间两个腔体的选择性传输，最终实现了具有单边陡降滤波特性滤波效果。

有益效果：基于基片集成波导技术形成的单边陡降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与以往多屏级联频率选择表面相比单边带的选择特性极大提高，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。

c这种新型频率选择表面结构简单，全部结构在普通上下表面覆有金属的介质基片上就可以实现。在设计过程中只需要调节方环型缝隙的形状和尺寸，以及金属通孔的周期性尺寸就可以得到所需要的性能。结构参数少，大大节省设计优化的时间。

d这种新型频率选择表面制造简单方便，用普通的层压PCB工艺就可以实现，造价低廉。

附图说明