[发明专利]加载分形结构的双频带亚毫米波频率选择表面

说明书

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术领域，特别涉及一种加载分形结构的双频带亚毫米波频率选择表面。

背景技术

频率选择表面（Frequency Selective Surfaces，FSS）通常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，对其工作频带内的电磁波具有很好的透过或者抑制作用，具有空间滤波的功能。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。

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通常应当满足以下技术要求：

1、多频段工作特性：具有多频段的频率响应特性，实现第一级滤波，特别是消除低频信号的干扰，以利于后续的分频网络的运行；

2、损耗低：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形状、尺寸参数及介质特性，以达到设计指标要求的滤波特性。

3、入射角条件：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的影响，以实现最佳的选频特性。

4、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。

频率选择表面的工作频率与受几何参数的影响最大，工作频率越高，几何尺寸越小。此外，频率选择表面工作频率还与其单元形状有关。

现有技术中尚不存在针对中心频率为424GHz和556GHz的双频带通亚毫米波空间滤波器。

发明内容

本发明的目的在于设计出中心工作频率为424GHz和556GHz的双频带通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，本发明提供了一种加载分形结构的双频带亚毫米波频率选择表面，具有两种中心工作频率，其第一中心工作频率为424GHz，3dB工作频带为387-452GHz；第二中心工作频率为556GHz，3dB工作频带为538-593GHz；该频率选择表面包括第一硅材料层、第一金属层、第二硅材料层、第二金属层以及第三硅材料层，相邻层之间级联并紧密贴合；其中，

所述第一硅材料层、第二硅材料层以及第三硅材料层都呈平板型，三者的物理特性完全一致；其中的第一硅材料层与第三硅材料层的几何参数完全一致，而第二硅材料层有所不同；所述第一硅材料层与第三硅材料层的厚度在455-465um之间，所述第二硅材料层的厚度在488-495um之间；

所述第一金属层与第二金属层各自成平板型，两者的物理特性与几何参数完全一致，每一金属层的厚度在2-5um之间；每一层金属层均划分为多个周期谐振单元，各个周期谐振单元间交叉等间距分布，任一周期谐振单元与其相邻周期谐振单元呈60°位置关系；两层金属层具有相同的周期谐振单元结构以及周期谐振单元排布方式；

每一周期谐振单元呈正三角形，其边长在226-230um之间；每个周期谐振单元在中心开有“Y”形三臂缝隙，且围绕“Y”形缝隙每隔120°加载一个三臂的分形缝隙；位于中心的“Y”形缝隙的三个臂为矩形，几何参数完全相同，各部分长、宽、边距完全相等，位置相对于中间区域严格对称，中心“Y”形缝隙臂长为第一中心工作频率对应波长的15%-17%之间，宽度为第一中心工作频率对应波长的6%-8%；三个所述三臂的分形缝隙的几何参数完全相同，呈120°关系绕中心“Y”形缝隙分布，每个分形缝隙的三个臂也为矩形结构，臂长为第二中心工作频率对应波长的9%-11%之间，宽度为第二中心工作频率对应波长的3%-5%。

上述技术方案中，所述第一硅材料层、第二硅材料层以及第三硅材料层的相对介电常数介于11-12之间，损耗角正切在0.00001～0.0001之间。

上述技术方案中，所述第一硅材料层、第二硅材料层以及第三硅材料层均采用纯硅制成。

上述技术方案中，所述第一金属层、第二金属层采用镀金材料实现。

上述技术方案中，所述第一硅材料层与第三硅材料层的厚度值为460um。

上述技术方案中，所述第二硅材料层的厚度值为491um。

上述技术方案中，所述金属层的厚度为3um。

上述技术方案中，所述周期谐振单元的边长为228um。

本发明的优点在于：