[发明专利]一种424GHz准光学频率选择表面

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种424GHz准光学频率选择表面。

背景技术

频率选择表面（Frequency Selective Surfaces，FSS）是一种具有频率选择特性的二维周期结构。作为一种新型的空间滤波器，由于其在毫米波段及亚毫米波段具有比传统滤波器更多的优点，因而在军事和民用领域有十分广泛的应用，FSS已经成为近些年的一个研究热点。

随着微波遥感技术的进步，毫米波亚毫米波星载探测系统已成为一个主流趋势，其工作频率正向太赫兹方向发展，通过使用频率选择表面，可以实现多频段复用，因而频率选择表面成为准光学分频网络中的核心部件之一。

用于准光学分频网络中的频率选择表面应当满足以下技术要求：

1、入射角固定：根据分频网络结构的要求，入射波的入射角限制为45°，这就要求在设计时考虑这一因素，以实现最佳选频特性。

2、低损耗：频率选择表面的损耗来源较多，有热损耗、插入损耗、栅瓣损耗等，因此在设计中要综合考虑周期图案单元的尺寸、形状及介质层的特性，以达到设计指标要求的带宽、工作频率、透射系数和反射系数。

3、极化稳定性：频率选择表面在不同极化波的激励下，应具有稳定的工作特性。

频率选择表面的工作频率与尺寸有关，工作频率越高，尺寸越小。此外，频率选择表面的工作频率还与其形状有关。特定工作频率下的频率选择表面具有特定的形状。现有技术中的频率选择表面具有较低的工作频率，如54GHz、150GHz等。424GHz是典型的氧气吸收峰频率，在亚毫米波大气被动探测中具有很高的应用价值。现有技术中尚不存在工作频率为424G Hz的频率选择表面。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中不存在工作频率为424G Hz的频率选择表面的缺陷，从而提供一种424GHz准光学频率选择表面。

为了实现上述目的，本发明提供了一种424GHz准光学频率选择表面，其工作频带为414-434GHz，包括有多行，每一行包括多个周期单元；各行中的周期单元以相同的方式放置，行与行之间的周期单元交错排布，任一周期单元与其所在行的相邻行的紧邻的两个周期单元成60°排布；

所述周期单元成正方形，其边长在160—180um之间；所述周期单元包括金属层与硅材料层，所述金属层覆盖于所述硅材料层的上方；所述金属层的厚度在4-12um之间，所述硅材料层的厚度在350-420um之间；

所述金属层整体成平板型，它包括单个偶极子与两个圆形孔径，所述偶极子成槽型，位于所述金属层的中心位置，其长度为中心频率对应波长的1/7-1/6，宽度为中心频率对应波长的1/24-1/20之间；所述两个圆形孔径分别位于所述偶极子的两侧；所述圆形孔径的直径与偶极子缝隙的宽度比为1:1.2；所述金属层采用镀金材料实现；

所述硅材料层整体成平板型，采用纯硅材料制成，其相对介电常数在11以上，损耗角正切10^-5-10^-4。

上述技术方案中，所述偶极子成矩形或倒角矩形。

上述技术方案中，所述金属层上的两个圆形孔径与偶极子三者左右呈等间距排列，两个圆形孔径上下呈居中排列。

上述技术方案中，所述周期单元的边长为166um。

上述技术方案中，所述周期单元的金属层的厚度为10um。

上述技术方案中，所述周期单元的硅材料层的厚度为190um。

本发明的优点在于：工作频带宽，3dB带宽达20GHz；曲线特性陡峭，对带外频率的隔离度高，选择性好；插入损耗小，滤波特性好；结构简单，便于加工；材料物理特性稳定，在实际应用中特性漂移小；中心频率为424GHz，在亚毫米波大气遥感应用中前景好。

附图说明

图1是本发明的频率选择表面的周期单元的俯视图；

图2是本发明的频率选择表面的周期单元的剖视图；

图3是本发明的频率选择表面的排列方式示意图；

图4是本发明的频率选择表面的功率传输特性曲线的示意图；

图5是本发明的频率选择表面的相位特性曲线的示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的频率选择表面包括多个周期单元，每一周期单元具有相同的结构。下面首先对周期单元的结构加以描述。