專利名稱：：具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面的制作方法
技術領域：
：本發明屬于微波
技術領域：
，涉及一種基于基片集成波導技術構成的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面，可以作為頻段多工器，廣泛應用在衛星通信、武器平臺的雷達等無線通信系統應用場合。技術背景頻率選擇表面(FSS)在工程應用中十分廣泛。FSS對電磁波的透射和反射具有良好的選擇性，對于其通帶內的電磁波呈現全通特性，而對其阻帶內的電磁波則呈全反射特性，具有空間濾波功能。在微波領域中，FSS可用于通訊衛星系統的頻段多工器，利用多饋源配置來擴大通訊容量。另一個主要用途是制作天線罩，用于航空航天中雷達天線的屏蔽與隱身。還可以作為單片集成插入物來制作高性能的波導濾波器。FSS的主要性能是頻率選擇特性，對于激勵源的入射方向及極化的敏感程度以及帶寬的穩定性。傳統的單層平面FSS選擇特性一般，對于平面波不同角度入射性能不穩定。為了提高選擇特性，雙面介質加載和多層平面級聯是最常采用的方法，但這樣又導致制造成本高昂，而且結構比較復雜無法進行快速有效的設計。
發明內容本發明的目的是提供一種基于基片集成波導技術的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面，這種頻率選擇表面在工作頻段對于變角度入射性能穩定性好，由于模式耦合的原因導致兩個邊帶具有陡降特性，從而使得通帶的選擇特性大大提高。而且其幾何結構對應的物理意義明確，使得易于設計，結構簡單易于加工，成本低。本發明的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面包括介質基片，介質基片的兩面鍍有金屬層，分別是上金屬層和下金屬層；貫穿上金屬層、介質基片和下金屬層周期性地開有多組通孔，通孔內壁鍍金屬層，形成金屬化通孔；每組金屬化通孔排列為兩個相鄰的正方形，分別構成高頻基片集成波導腔體和低頻基片集成波導腔體，高頻基片集成波導腔體的邊長小于低頻基片集成波導腔體的邊長；高頻基片集成波導腔體中心點和低頻基片集成波導腔體中心點的連線與高頻基片集成波導腔體以及低頻基片集成波導腔體對應的邊平行。對應高頻基片集成波導腔體和低頻基片集成波導腔體的區域內的上、下金屬層分別對應蝕刻有完全相同的四個正方環形的耦合縫隙，四個耦合縫隙與對應的高頻基片集成波導腔體和低頻基片集成波導腔體的中心分別重合、四邊分別平行。對應的一個高頻基片集成波導腔體、一個低頻基片集成波導腔體和四個耦合縫隙組成頻率選擇表面的一個周期單元，多個周期單元順序排列，構成周期單元的矩形網格陣列。所述的金屬化通孔的直徑小于頻率選擇表面工作的中心頻率所對應空氣波長的十分之一，金屬化通孔的直徑和基片集成波導腔體同一邊上相鄰兩個金屬化通孔的孔心距的比值大于0.5。本發明的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面是在普通的介質基片上通過采用基片集成波導技術制造等效于傳統閉合金屬腔的腔體結構，從而引入腔體的高品質因素諧振來提高頻率選擇表面的頻率選擇特性，增強它對于激勵源的入射角度和極化的不敏感性以及各種環境下的帶寬穩定性。其次在相鄰單元利用基于基片集成波導技術的頻率選擇表面具有雙模諧振的特性，可以調節邊帶的位置和選擇特性。在結構上，基片為具有雙面金屬層的介質基片，在介質基片上相鄰周期間隔范圍內以均勻的間隔設有多組金屬化通孔，形成大小不同的相鄰高頻、低頻正方形基片集成波導腔體。在高頻、低頻腔體內的上下金屬層蝕刻完全相同的四個正方環形耦合縫隙。具體工作原理平面波入射到具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面后，通帶頻率內的電磁波通過周期性的正方環形耦合縫隙耦合到高頻、低頻腔體中，并通過縫隙諧振模式和兩個高頻、低頻腔體中諧振在不同頻率的兩個腔體諧振模式相互作用后通過另一個表面的正方環形耦合縫隙耦合到空間。不同諧振模式的相互耦合形成了上下邊帶的陡降特性，從而形成了高性能的空間濾波。有益效果基于基片集成波導技術構成的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面具有以下優點a.這種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面與傳統的頻率選擇表面相比，由于采用了基片集成波導腔體技術，通過兩種不同諧振模式的耦合在通帶內實現了雙邊陡降特性的濾波，選擇性能顯著改善。并且每個邊帶的性能完全由其中一類腔體單元控制，這樣每類單元可以分別設計，且幾何參數對應明確的物理意義，一些改進的解析公式可以用于加快設計進程。b.這種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面性能穩定，在工作頻段的插入損耗小，選擇性高。而且它的高選擇性和帶寬穩定性不隨入射波的入射角度的變化而變化。C.這種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面結構簡單，全部結構在普通上下表面覆有金屬的介質基片上就可以實現。在設計過程中只需要調節正方環型縫隙的形狀和尺寸，以及由金屬通孔陣列構成的兩個腔體的尺寸和周期性的大小就可以得到所需要的性能。結構參數少，大大節省設計優化的時間。d.這種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面制造簡單方便，用普通的PCB制造工藝就可以實現，造價低廉。圖l是本發明的結構示意圖；圖2是本發明的立體結構示意圖；圖3是本發明一實施例在平面波正入射時傳輸響應的測試結果圖；圖4是本發明一實施例在電場方向平行周期單元窄邊的TE波以不同角度入射時傳輸響應的測試結果圖；具體實施方式如圖l和2所示，具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面包括厚度為1.0毫米Rogers5880介質基片7，介質基片7的兩面鍍有金屬層，分別是上金屬層1和下金屬層6。貫穿上金屬層1、介質基片7和下金屬層6周期性地開有直徑為1毫米的多組通孔，通孔內壁鍍金屬層，形成金屬化通孔2。每組金屬化通孔2排列為兩個相鄰的正方形，分別構成邊長為21.2毫米的高頻基片集成波導腔體3和邊長為22毫米的低頻基片集成波導腔體5，基片集成波導腔體各邊上的金屬化通孔1的孔間距相同，均為1.5毫米。對應高頻和低頻基片集成波導腔體區域內的上、下金屬層分別蝕刻尺寸完全相同且寬度為1毫米邊長為7.14毫米的正方環形的耦合縫隙4，高頻基片集成波導腔體3與對應區域內的耦合縫隙4的中心重合、四邊分別平行；低頻基片集成波導腔體5與對應區域內的耦合縫隙4的中心重合、四邊分別平行；高頻基片集成波導腔體3中心點和低頻基片集成波導腔體5中心點的連線與高頻基片集成波導腔體3以及低頻基片集成波導腔體5對應的邊平行。對應的一個高頻基片集成波導腔體3、低頻基片集成波導腔體5、四個耦合縫隙4、組成頻率選擇表面的一個長度為48毫米寬度為24毫米的周期單元，多個周期單元順序排列，構成周期單元矩形網格陣列。具體結構幾何參數如下其中A、Py分別為一組周期性單元的周期長度和寬度，Z、『分別為為周期性正方環形耦合縫隙的邊長和寬度，G、G為分別為通孔構成的兩個高頻、低頻基片集成波導腔體的長度和寬度。d為通孔直徑，^為相鄰兩個通孔的孔心距，A為介質基片厚度。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>該具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面的具體制造過程為首先在選取對應參數的基片，貫穿整個基片周期性地開有多組金屬化通孔構成一組大小不同的兩個相鄰正方形高頻、低頻基片集成波導腔體。在高頻腔體區域內和低頻腔體區域內的上下金屬層分別蝕刻尺寸完全相同的四個正方環形耦合縫隙。高頻腔體及其內部的耦合縫隙與低頻腔體及其內部的耦合縫隙構成一個周期單元，多個周期單元順序排列，構成周期單元矩形網格陣列的頻率選擇表面。這種頻率選擇表面結合了傳統周期性結構縫隙諧振特性和金屬腔體結構的腔體諧振特性，具有很高的頻率選擇特性。選擇合適的正方環形耦合縫隙和基片集成波導腔體的尺寸，可以方便地調節通帶的位置以及邊帶的選擇特性，從而形成具有雙邊陡降特性的頻率選擇表面。整個頻率選擇表面完全由普通的PCB工藝實現，制作簡單，成本低廉。圖34為該頻率選擇表面在平面波正入射和電場方向平行周期單元窄邊的TE波以不同角度入射時傳輸響應的測試結果，從圖中可以看出這種新型的頻率選擇表面在平面波以不同角度入射時性能穩定，選擇性好。權利要求1、具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面，包括介質基片，其特征在于介質基片的兩面鍍有金屬層，分別是上金屬層和下金屬層；貫穿上金屬層、介質基片和下金屬層周期性地開有多組通孔，通孔內壁鍍金屬層，形成金屬化通孔；每組金屬化通孔排列為兩個相鄰的正方形，分別構成高頻基片集成波導腔體和低頻基片集成波導腔體，高頻基片集成波導腔體的邊長小于低頻基片集成波導腔體的邊長；高頻基片集成波導腔體中心點和低頻基片集成波導腔體中心點的連線與高頻基片集成波導腔體以及低頻基片集成波導腔體對應的邊平行；對應高頻基片集成波導腔體和低頻基片集成波導腔體的區域內的上、下金屬層分別對應蝕刻有完全相同的四個正方環形的耦合縫隙，四個耦合縫隙與對應的高頻基片集成波導腔體和低頻基片集成波導腔體的中心分別重合、四邊分別平行；對應的一個高頻基片集成波導腔體、一個低頻基片集成波導腔體和四個耦合縫隙組成頻率選擇表面的一個周期單元，多個周期單元順序排列，構成周期單元的矩形網格陣列。2、如權利要求1所述的具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面，其特征在于所述的金屬化通孔的直徑小于頻率選擇表面工作的中心頻率所對應空氣波長的十分之一，金屬化通孔的直徑和基片集成波導腔體同一邊上相鄰兩個金屬化通孔的孔心距的比值大于0.5。全文摘要本發明涉及一種具有雙邊帶陡降特性的新型頻率選擇表面。傳統頻率選擇表面選擇性低、性能穩定性差、體積大。本發明在介質基片的兩面鍍有金屬層，貫穿整個介質基片開有排列為多組大小正方形的金屬化通孔，形成多組高頻、低頻基片集成波導腔體。相鄰高頻、低頻腔體內的上、下金屬層蝕刻相同的正方環形耦合縫隙；與普通的由兩種不同尺寸的周期性貼片或者縫隙構成的雙頻帶頻率選擇表面相比，由于新結構引入了腔體諧振模式，實現了通帶的雙邊陡降特性，大大提高了通帶的選擇特性，其性能對于入射波的角度和極化性的穩定性好。文檔編號H01P1/20GK101286584SQ200710156828公開日2008年10月15日申請日期2007年11月12日優先權日2007年11月12日發明者孫玲玲,羅國清申請人:杭州電子科技大學