[发明专利]平面等角螺旋线型宽带频率选择表面

说明书

本发明公开了一种平面等角螺旋线型宽带频率选择表面(FSS)，该选择表面采用平面等角螺旋线族构成周期结构单元，周期结构单元为矩形(或正方形)，矩形的长、宽(或正方形的边长)在(λ为中心频率对应的波长)之间，在矩形(或正方形)内由同平面等角螺旋线族构成m(2，4，6…)臂平面等角螺旋结构，相邻两个臂之间的夹角为周期结构单元在水平和垂直方向整齐排列延伸或呈“品”字型交错排列延伸形成频率选择表面。本发明包含单层或多层结构，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。

技术领域

本发明涉及天线和微波技术领域，尤其涉及平面等角螺旋线型宽带频率选择表面。

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透波和阻带的带阻结构件等。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中的不足之处，提供一种平面等角螺旋线型宽带频率选择表面，该选择表面在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X波段(8-12GHz)中形成阻带。

技术方案：本发明平面等角螺旋线型宽带频率选择表面，该频率选择表面由水平和垂直方向整齐排列延伸或呈“品”字型交错排列延伸的周期单元构成，其中的周期单元为矩形(或正方形)，矩形的长或宽(或正方形的边长)P为(λ为阻带中心频率对应的波长)；矩形(或正方形)内由同平面等角螺旋线族构成m个平面等角螺旋臂(m＝2，4，6…)，相邻两个臂之间的夹角为其中每一个“平面等角螺旋单元”的金属层由多条平面等角螺旋臂所组成。

每个平面等角螺旋臂由两条起始角相差的平面等角螺旋线(内、外边缘)构建。

每条平面等角螺旋臂的内、外边缘的等角螺旋线满足如下极坐标方程关系式：

内：

外：其中：r₁、r₂为螺旋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0r₀P；

a为螺距增长快慢的常数，称为松紧率；

δ的取值范围为

为每条臂的起始极角，须满足

形成的平面等角螺旋臂极角的取值范围为

单层频率选择表面：单层频率选择表面结构包含4种媒质，从上到下依次是：外蒙皮层、覆铜层、基板层、介质支撑层；其中：

外蒙皮层为常用的外罩保护材料；

覆铜层附着于基板层表面，为“平面等角螺旋”频率选择表面的周期结构单元印刷层；

基板层附着于介质层表面，为常规薄层介质材料层，有易于共形的特点；

介质支撑层为移动通信中采用的天线罩材料。

多层频率选择表面，该种频率选择表面可看作多个单层FSS结构的级联，从上到下依次是：外蒙皮层、覆铜层、基板层、介质支撑层、……、覆铜层、基板层、外蒙皮层，省略号为覆铜层、基板层、介质支撑层的重复，并且覆铜层在基板层的上、下均可；其中：

外蒙皮层为常用的外罩保护材料；