[发明专利]一种单层全金属带通型自支撑频率选择表面结构

说明书

该发明公开了一种单层全金属带通型自支撑频率选择表面结构，属于电磁波与微波技术领域。本发明所述的频率选择表面，带来的有益效果有：1.周期单元为自支撑结构，不需要额外的支撑结构，质量轻，结构简单，易于加工，2.适用于高功率应用，同时还适用于极端高温、极端低温、极端湿度、高辐射等极端环境中，3.对于垂直入射波，通带内插入损耗小，具有良好的通带特性，此外还具有良好的阻带特性，4.在不同极化和不同角度斜入射情况下，仍然具有良好的传输响应特性。

技术领域

本发明属于电磁波与微波技术领域，具体涉及一种新型的单层全金属带通型自支撑频率选择表面结构的设计。

背景技术

由于频率选择表面具有独特的空间滤波特性，其广泛地应用于众多领域。例如在微波波段，频率选择表面可以在雷达天线罩、多频天线的副反射器、极化鉴别器、波导滤波器、双工器等方面有所应用；在毫米波、亚毫米波波段，频率选择表面可以用于滤波器、极化双工器、干涉仪、移相器等方面；在红外、远红外波段，频率选择表面可用于二向色镜、法布里-珀罗干涉仪反射元、太阳能选择表面、波束分光仪、耦合器等方面。而频率选择表面最具代表性的应用之一是与隐身技术相关的雷达天线罩的设计。飞行器隐身技术的主要目的在于降低目标的雷达散射截面(RCS)，飞行器头部的雷达天线对于整体的RCS是最主要的影响因素。可以通过改变飞行器的外部形状设计、使用吸波材料等方法来实现减小RCS的目的，但是这些方法在一定程度上会对飞行器雷达系统的功能造成不利影响，使用带通型频率选择表面设计雷达天线罩可以很好地解决这个问题。当飞行器加装了使用频率选择表面设计的雷达天线罩后，位于我方雷达工作频段内的电磁波可以透过天线罩，频段之外的电磁波被反射到各个方向，因此若我方雷达与敌方雷达工作在不同频段，雷达散射截面能够实现有效地降低。相较于其他降低RCS的方法，频率选择表面的优点在于降低RCS的同时还能够保持雷达正常地工作。

专利201910554291.1公开了一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构，该结构采用纯金属材料，没有介质损耗，且利于实现共形。传统的偶极子形单元通带带宽较小，带内损耗较高。环形的透射式单元相比偶极子形单元具有更大的带宽、更低的带内损耗，但是会截断完整的金属结构，需要介质支撑；该发明通过采用蝶形偶极子单元，获得了与环形单元相近的带宽和带内损耗，且可以通过纯金属加工实现。但是，专利201910554291.1所公开频率选择表面的带外隔离度较低，在中心频率的1/2倍频点处隔离度仅为6.5dB左右，同时该结构也不具备好的入射角、极化稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的不足，提出一款易于实现的具有良好通带与隔离性能的带通型频率选择表面。该发明能够实现在工作频段内对电磁波良好透过，而对工作频段外的电磁波具有良好的隔离性能。

本发明所提出的频率选择表面是由多个相同金属单元周期排列构成的一种单层全金属自支撑结构，通过合理设计金属单元的结构、尺寸以及周期排列方式，实现在目标工作频段内对电磁波良好透过，而对工作频段外的电磁波具有良好隔离性能的目的。

本发明技术方案为一种单层全金属带通型自支撑频率选择表面结构，该结构为阵列排布的频率选择单元组成，各频率选择单元由正方形金属框和框内四角上各向内延伸的一条枝节组成；每条枝节的轴线指向正方形金属框的中心，从沿轴线指向正方形金属框中心的方向上的枝节尺寸逐渐变小，每条枝节的两侧边对称开设有三角形的缺口。

进一步的，所述每条枝节的形状整体呈等腰三角形，在该等腰三角形的两腰对称开设有三角形缺口，每条枝节底部与正方形金属框无缝连接，顶部指向正方形金属框中心。

进一步的，所述每条枝节的形状整体呈等腰梯形，在该等腰梯形的两腰对称开设有三角形缺口，每条枝节底部与正方形金属框无缝连接。

进一步的，所述每条枝节的顶角为90°，两腰开设有两个以上的三角形缺口，且每个三角形缺口的形状为90°角三角形，该三角形缺口的两腰垂直或平行于正方形金属框的边，相邻三角形缺口的边相交，在枝节的腰上形成90°角的台阶状。