[发明专利]阿基米德螺旋形频率选择表面

说明书

本发明提出一种以阿基米德螺旋方程构成的频率选择表面(FSS)单元结构，该FSS由水平和垂直方向周期排列延伸或呈“品”字型交错排列延伸的周期单元构成，频率选择表面为贴片结构时，周期单元在金属层上为m(m≥2)臂阿基米德螺旋结构(振子型)；频率选择表面为缝隙结构时，周期单元在金属层上为m臂阿基米德螺旋形缝隙结构(缝隙型)。阿基米德螺旋形频率选择表面基本结构，自上而下包括金属层、基板层、介质支撑层(所述金属层可设置于基板层的上表面或下表面)；频率选择表面或为复合结构，为上下多个基本结构的级联。本发明在L波段(1‑2GHz)、S波段(2‑4GHz)和部分C波段(4‑6GHz)内具有低插入损耗的带通特性以及在X波段(8‑12GHz)具有明显带阻特性。

技术领域

本发明涉及天线和微波技术领域，该阿基米德螺旋形频率选择表面是具有低插入损耗、宽频带、空间和频率滤波特性的带通或带阻滤波器。可应用于移动通信基站、雷达、电子导航等设备的天线罩中以达到抗干扰和减小雷达散射截面(RCS)的目的。

背景技术

频率选择表面(FSS)由二维周期排列的金属贴片单元或在导电金属屏上二维周期排列的开孔单元构成，是一种具有频率选择特性的二维周期结构。在安装有雷达传感器的各类飞行器(飞机、导弹与卫星等)上，都希望雷达天线罩在工作频段内实现低损耗传输，而在工作频段外像金属罩一样，与飞行器外形相赋形，从而达到低雷达散射截面(RCS)的目的，构成各类隐身飞行器。这种特殊的天线罩就是利用“频率选择表面”理论设计与研制的。频率选择表面是一种空间滤波器，它可作为雷达天线的帯通天线罩，也可作为无线通信双频天线的双工器，又可作为特定通带的吸波结构件等。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种频率选择表面，振子型(缝隙型)能够在低频段(高频段)，如：L波段(1-2GHz)、S波段(2-4GHz)以及部分C波段(4-8GHz)具有低插入损耗、宽频带的帯通特性，在高频段(低频段)，如：X波段(8-12GHz)中具有带阻特性。

技术方案：阿基米德螺旋形频率选择表面，包括若干个周期单元，所述周期单元包括金属层；所述频率选择表面为贴片结构时，所述金属层为m臂阿基米德螺旋；所述频率选择表面为缝隙结构时，所述金属层中设有m臂阿基米德螺旋形缝隙，m为大于等于2的正整数。m臂阿基米德螺旋的两个臂之间的夹角为

优选的，所述周期单元在水平和垂直方向周期排列延伸或呈“品”字型交错排列延伸形成频率选择表面。

优选的，所述周期单元为矩形或正方形，矩形的长边或正方形的边长P约为λ为阻带中心频率对应的波长。

优选的，每个阿基米德螺旋线臂的线宽Δw约为0.1λ，λ为阻带中心频率对应的波长。

优选的，每个阿基米德螺旋线臂满足如下极坐标方程关系式：

其中：r为线上极角处所对应的极径；

r₀为螺旋初始径向距离，取值范围为0＜r₀＜P；

为初始极角；

a为螺距增长快慢的常数，取

优选的，所述线上极角的取值范围为

优选的，所述频率选择表面为基本结构时，周期单元自上而下包括基板层、介质层，所述金属层设置于基板层的上表面或下表面；所述频率选择表面为复合结构时，为上下多个基本结构的级联。

优选的，所述周期单元还包括外蒙皮层。

与平面螺旋天线中的阿基米德螺旋天线的区别是：该发明为基于阿基米德螺旋线的频率选择表面，与阿基米德螺旋天线并无直接联系，工作时并不需要馈电。