[发明专利]一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术领域，特别涉及一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器。

背景技术

空间滤波器，又称频率选择表面(Frequency Selective Surfaces，FSS)是一种具有频率选择特性的二维周期结构。作为一种新型的选频器件，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，通过使用空间滤波器，可以实现多频段复用，因而空间滤波器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空间滤波器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：空间滤波器的损耗来源较多，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：空间滤波器在不同极化波的激励下，应具有稳定的工作特性。

空间滤波器的工作频率与尺寸有关，工作频率越高，尺寸越小。此外，空间滤波器的工作频率还与其形状有关。特定工作频率下的空间滤波器具有特定的形状。

发明内容

本发明的目的在于设计出工作频率为424GHz的亚毫米波空间滤波器，从而为准光学微波遥感探测设备的前段网络提供可靠的分频器件。

为了实现上述目的，本发明提供了一种极化稳定的双层介质加载的亚毫米波空间滤波器，对于TE和TM极化波，其中心频率为保持在424GHz，45°TE波激励下的3dB工作频带为412-435GHz，45°TM波激励下的3dB工作频带为411-430GHz，该滤波器包括有多行，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叉等间距排布，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呈60°排布；

所述周期单元成正方形，每个单元的边长在295-305um之间；所述周期单元包括一层金属层与两层硅材料层，所述两层硅材料层的物理特性和几何参数完全一致，所述金属层覆盖于所述两层的硅材料层的之间，三者紧密贴合；所述金属层的厚度在3-5um之间，所述硅材料层的厚度均在370-374um之间；

所述金属层整体成平板型，其中央位置开有“十”字形的缝隙，所述缝隙包括中间区域与上下左右的四个区域；其中，中间区域为小正方形，其边长与其他四个区域的宽度相等；上下左右四个区域是四个臂，为矩形，外侧呈圆角，圆角半径为3-4um,臂长为中心频率对应波长的12%-13%之间，宽度为中心频率对应波长的5%-6%，且这四个区域大小相等，形状相同，位置相对于中间区域严格对称；所述金属层采用镀金材料实现；

所述的硅材料层采用熔融石英或SiO2晶体制成，其相对介电常数在3.7-4之间，损耗角正切在0.0001-0.0002之间。

上述技术方案中，所述上下左右的四个区域为圆角矩形。

上述技术方案中，所述周期单元的边长为300um。

上述技术方案中，所述金属层的厚度为4um。

上述技术方案中，所述硅材料层的厚度均为372um。

本发明的优点在于：

1、单元结构完全对称，在工作频段对于TE和TM极化波的频率响应稳定；

2、工作频带宽，3dB带宽达20GHz以上；

3、工作频段的功率传输曲线陡峭，对带外频率的隔离度高，选择性好；

4、插入损耗小，滤波特性好；

5、结构简单，便于加工；

6、所选用材料的物理特性稳定，在加工成型后，实际应用中特性漂移小。

附图说明

图1为本发明的空间滤波器的周期单元排列的俯视图；

图2为本发明的空间滤波器整体分层结构的示意图；

图3为本发明的空间滤波器对于TE极化波和TM极化波的频率响应曲线；

图4为本发明的空间滤波器对于TE极化波和TM极化波的相位特性曲线；

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。