[发明专利]一种双极化三阶带通三维频率选择表面

说明书

本发明公开了一种双极化三阶带通三维频率选择表面。该频率选择表面由若干个相同的单元结构周期排列组成，每个单元结构包括一个金属方筒和一个介质方块。介质方块的上表面、中间层和下表面的中心位置处均刻蚀一个金属方环。介质方块的上表面和下表面的金属方环尺寸相同，同时这两个金属方环周长大于中间层的金属方环周长。由于单元结构的上表面和下表面谐振单元之间的电磁耦合，产生了两个传输极点；中间层的金属方环和金属方筒、介质方块共同作用形成了第三个传输极点，由此形成平坦的三阶通带。由于信号相位反向抵消，引入了三个传输零点，使得本发明具有高的频率选择性和宽的带外抑制，同时在双极化工作模式下具有良好的角度稳定性。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种双极化三阶带通三维频率选择表面。

背景技术

在过去的几十年里，频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)由于其优越的空间滤波特性，被广泛地应用于各种微波和毫米波系统中。FSS通常是一种由周期性排列的金属单元结构组成的二维阵列，能够实现带通或带阻滤波响应。带通FSS要求在通带内实现平坦传输响应和低插损，同时在带外具有高的频率选择性和宽的带外抑制，此外还应具有良好的角度稳定性、双极化以及较小的电尺寸。

传统的二阶带通二维FSS可以通过借助多层堆叠耦合等方式来实现，但往往会出现频率选择性差、通带不够平坦、带外抑制带宽窄、电尺寸大等问题。后来新加坡南洋理工大学沈忠祥教授团队基于屏蔽微带线提出了一系列二阶带通三维频率选择表面结构，以上问题得到了有效地改善，但这些结构只能实现单极化，很大程度上限制了它们的实际应用。后来有不少学者通过在多层结构的中间层加载非谐振单元，利用多层谐振单元的电磁耦合作用产生了三个或多个传输极点，实现了三阶或高阶带通FSS，通带的平坦度得到了改善，但这些三阶或高阶带通FSS仅能在通带一侧引入单个传输零点或在通带两侧各引入一个传输零点，其频率选择性得到了一定的改善，但很难实现宽的带外抑制。因此，针对上述不足，设计一种具有宽的带外抑制的双极化三阶带通三维FSS十分必要。

发明内容

本发明提供一种双极化三阶带通三维频率选择表面，实现不同极化、不同入射角度下稳定的频率响应，同时具有平坦的三阶通带、宽的带外抑制以及较小的电尺寸。

本发明提供一种双极化三阶带通三维频率选择表面，它由若干个相同的单元结构周期排列组成，每个单元结构包括一个金属方筒和一个介质方块。介质方块的上表面、中间层和下表面的中心位置处均刻蚀一个金属方环。介质方块的上表面和下表面的金属方环尺寸相同，同时这两个金属方环周长大于中间层的金属方环周长。

本发明所提供的一种双极化三阶带通三维频率选择表面，由于单元结构的上表面和下表面谐振单元之间的电磁耦合，产生了两个传输极点；中间层的金属方环和金属方筒、介质方块共同作用形成了第三个传输极点，由此形成平坦的三阶通带。由于信号相位反向抵消，引入了三个传输零点，使得本发明具有高的频率选择性和宽的带外抑制。本发明由于单元结构的对称性，实现了双极化；同时在双极化工作模式下，当0°，30°，50°角度入射时具有良好的角度稳定性。相比于现有带通FSS来说，该频率选择表面具有双极化、平坦的三阶通带、高的频率选择性、宽的带外抑制、良好的角度稳定性以及较小的电尺寸等优势。

附图说明

图1为本发明提出的双极化三阶带通三维频率选择表面的单元结构三维示意图。

图2为构成本发明单元结构的部件示意图(a)金属方筒；(b)介质方块。

图3为本发明提出的双极化三阶带通三维频率选择表面的单元结构尺寸标注示意图(a)透视图及参数标注；(b)俯视图及参数标注。

图4为本发明提出的双极化三阶带通三维频率选择表面的三维示意图。

图5为本发明提出的双极化三阶带通三维频率选择表面在电磁波垂直入射时的传输系数和反射系数仿真结果图。