柱面频率选择表面结构的利记博彩app
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于无线通信技术领域。
【背景技术】
[0003]频率选择表面Frequency Selective Surface, FSS是一种单层或多层的周期结构，一般由金属贴片或金属屏上的孔径单元按照一定的规律排列形成。作为一种空间滤波器，FSS对不同频率、不同入射角和极化方式的电磁波呈现不同的散射特性，从而可以有效地控制电磁波的透射和反射。当入射波的频率在孔径单元或贴片单元的谐振频率附近时，将呈现出全反射或全透射的特性。FSS可用作天线罩、多频反射面天线、极化器以及波导滤波器等，广泛应用于通信领域电子设备中。至今对FSS的理论研究大都建立在平面无限大的基础上，然而在实际应用中所采用的频率选择表面一般都是曲面、有限大的。相对于平面无限大FSS结构来讲，由于曲面结构的FSS并没有呈现严格的类似二维平面FSS的周期性，当平面电磁波入射时，将会呈现出多角度入射波透射和反射波反射的耦合问题，使问题的分析变得相当复杂。而柱面结构作为一种具有典型代表性的曲面，从研究设计柱面频率选择表面以下简称柱面FSS开始下手将有助于一般化曲面FSS的深入研究和设计。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决曲面频率选择表面普遍存在的滤波特性和稳定性差的问题，提出了一种柱面频率选择表面结构。
[0005]本发明所述的柱面频率选择表面结构，它包括金属板1和厚度为1_的介质层3，所述介质层3的介电常数为2.2，磁导率为1 ;所述金属板1的表面按矩形栅格形状刻有通孔2，所述通孔2的形状为Y形，每两个相邻的Y形孔沿柱表面的间距均为40mm，金属板1按照曲率半径为160mm的柱面弯曲，介质层3贴合在金属板1的内侧。
[0006]本发明的Y形孔结构单元采用矩形栅格的排列方式；图1所示，各单元沿柱表面的间距(展开为平面结构的周期)为40mm ;介质层加载在FSS —侧，厚度选取d = 1mm，介电常数2.2，磁导率μ = 1，设计了一种曲率半径为160mm的圆柱面FSS，Y形孔柱面FSS的设计制作过程为:首先在平面金属板上按照相应尺寸大小周期地开Y形孔，形成平面的二维周期结构，然后把这个平面结构按照预期柱面的曲率进行弯曲，再以贴附的方式加载介质层，最终便形成了图示的圆形孔柱面FSS。避免了出多角度入射波透射和反射波反射的耦合问题。基于时域有限差分算法的电磁仿真软件对空间中均匀平面波垂直照射在曲面FSS结构的情况进行仿真计算，获得反映曲面FSS电磁透射特性和反射特性的S参量曲线且对比图7至图10，4幅S参数曲线图发现，Y形孔结构单元的柱面FSS在3.6GHz处存在较为明显且带宽较宽的谐振带，并且带内曲线相对来讲比较光滑，这说明Y形孔作为柱面频率选择表面的结构单元有较好的滤波特性。
【附图说明】
[0007]图1为本发明所述柱面频率选择表面的结构示意图；
[0008]图2为【具体实施方式】二所述的Y形孔的结构示意图；
[0009]图3为【具体实施方式】三所述的圆形孔的结构示意图；
[0010]图4为【具体实施方式】四所述的圆环形孔的结构示意图；
[0011]图5为【具体实施方式】五所述的十字形孔结构示意图；
[0012]图6为电磁波均匀入射Y形孔柱面频率选择表面的情况示意图；
[0013]图7为圆形孔柱面频率选择表面的S参量曲线图；
[0014]图8为圆环形孔柱面频率选择表面的S参量曲线图；
[0015]图9为实质性孔柱面频率选择表面的S参量曲线图；
[0016]图10为Y形孔柱面频率选择表面的S参量曲线图；
[0017]图11为入射波f = 7GHz时远场辐射方向性图
[0018]图12为入射波f = 7GHz时的RCS图；
[0019]图13为远场辐射的三维空间方向性图。
【具体实施方式】
[0020]【具体实施方式】一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的柱面频率选择表面结构，它包括金属板1和厚度为1_的介质层3，所述介质层3的介电常数为2.2，磁导率为1 ;所述金属板1的表面按矩形栅格形状刻有通孔2，所述通孔2的形状为Y形，每两个相邻的Y形孔沿柱表面的间距均为40mm，金属板1按照曲率半径为160mm的柱面弯曲，介质层3贴合在金属板1的内侧。
[0021]本实施方式所述的金属板的材料为具有高电导率的金属。
[0022]【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的柱面频率选择表面的进一步说明，Y形孔的三个孔臂的长度均为16mm，宽度均为4mm。
[0023]【具体实施方式】三、结合图3说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的柱面频率选择表面结构的区别在于，通孔2的形状为圆形孔，圆孔的直径为32_，每两个圆形孔边缘之间沿介质层柱面方向的距离为8_。
[0024]【具体实施方式】四、结合图4说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的柱面频率选择表面的区别在于，通孔2的形状为圆环形孔，圆环外圆的直径为34mm，圆环内圆直径为18mm，每两个圆环外圆之间沿介质层柱面方向的距离为6mm。
[0025]【具体实施方式】五、结合图5说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的柱面频率选择表面结构的区别在于，十字孔中孔柱的长度为32mm，十字孔中孔柱的宽度为8mm，孔柱的顶端沿介质层柱面方向距离为8mm。
[0026]FSS阵元的结构选取及其排列的方式对FSS电磁散射特性尤其是透射特性有重要的影响。单元的尺寸会影响FSS的谐振中心频率。一般说来，由环形单元构成的FSS的谐振频率约等于环形结构的周长；相对于环形单元而言，中心连接单元谐振时尺寸较大，从始端到终端的跨度约为λ/2，而环形单元尺寸值约在λ/4到λ/3之间，且排列时不如环形单元那样紧密；内部实体单元(板状单元)结构简单，是最早研究的单元形式，但是由于其在组阵时产生栅瓣较多较明显，所以在实际应用中一般不推荐使用。另外频率选择表面阵元结构的排列一般分为两种，即矩形栅格排列和三角栅格排列。为了避免干扰性栅瓣出现，无论选用哪一种排列方式，频率选择表面的单元间距都应该小于某一特性值，FSS单元间距的选取要把栅瓣的影响最小化。由于孔径和贴片的FSS性能和特性可以认为是互补的，本发明主要针对孔径型结构单元进行研究。
[0027]图2至图5所示为本发明主要研究的四种结构单元形式，分别为圆形孔、圆环孔、十字孔和Y形孔，各结构单元的尺寸已在图中标注(单位:mm)。本发明接着对所设计的柱面FSS的电磁散射特性做了进一步探究。如图6所示，以一般情况为例，采用平面TM波均匀照射在柱面FSS顶端的情况。为衡量FSS结构对入射电磁波的透射和反射特性，采用了S参数来加以描述，即S21表电磁波的透射系数，S11衡量电磁波的反射情况。图4为对采用上述4种结构单元柱面FSS进行仿真运算得出的S参量对比图。从中可看出，不同于平面无限大FSS，柱面FSS在整个频谱内各S参数曲线的震荡现象较为明显，这是因为曲面结构破坏了结构单元在二维平面上的周期性，使得单元间的耦合情况变差，而另一方面，曲面结构也会带来边缘绕射效应，使得这种震荡现象的发生不可避免。对比4幅S参数曲线图发现，Y形孔结构单元的柱面FSS在3.6GHz处存在较为明显且带宽较宽的谐振带，并且带内曲线相对来讲比较光滑，这说明Y形孔作为柱面频率选择表面的结构单元有较好的滤波特性，在设计柱面FSS时应优先考虑。
[0028]为形象描述所设计柱面FSS的电磁散射特性，采用远场辐射的三维空间方向性图以及周向和轴向两个方向的RCS图来表示，如图11、图12和图13所示为Y形孔柱面FSS的入射TM波频率为7GHz时的情况。从RCS图可见，周向上Y形孔柱面FSS对电磁波的侧向散射能力较强且比较均匀，同时在透射方向产生的栅瓣较少；而轴向上产生的栅瓣较多，这主要是因为轴线上的电磁散射主要是由柱面FSS顶部反射和边缘绕射构成，因此会出现多个新的散射谱次。
[0029]本发明提出了一种特定大小柱面FSS，分别用4种不同结构单元加以实现。利用S参量曲线图反映透射和反射性能，辐射方向性图和RCS图反映空间电磁散射特性。其中Y形孔柱面FSS谐振现象明显且带宽较宽，有较好的滤波特性。本发明的柱面FSS结构可用于作为某一特定柱面形状天线的天线罩，同时本发明对一般曲面结构频率选择表面的深入研究和设计起到很好的指导性作用。
【主权项】
1.柱面频率选择表面结构，其特征在于，它包括金属板(1)和厚度为1mm的介质层(3)，所述介质层(3)的介电常数为2.2，磁导率为1 ;所述金属板(1)的表面按矩形栅格形状刻有通孔(2)，所述通孔(2)的形状为Y形，每两个相邻的Y形孔沿柱表面的间距均为40_，金属板⑴按照曲率半径为160mm的柱面弯曲，介质层(3)贴合在金属板⑴的内侧。2.根据权利要求1所述的柱面频率选择表面结构，其特征在于，Y形孔的三个孔臂的长度均为16mm，宽度均为4mm。3.根据权利要求1所述的柱面频率选择表面结构，其特征在于，通孔(2)的形状为圆形孔，圆孔的直径为32_，每两个圆形孔边缘之间沿介质层柱面方向的距离为8_。4.根据权利要求1所述的柱面频率选择表面结构，其特征在于，通孔(2)的形状为圆环形孔，圆环外圆的直径为34_，圆环内圆直径为18mm，每两个圆环外圆之间沿介质层柱面方向的距离为6mm。5.根据权利要求1所述的柱面频率选择表面结构，其特征在于，通孔(2)的形状为十字形孔，十字孔中孔柱的长度为32_，十字孔中孔柱的宽度为8_，孔柱的顶端沿介质层柱面方向距离为8mm。
【专利摘要】柱面频率选择表面结构，属于无线通信技术领域，解决了曲面频率选择表面普遍存在的滤波特性和稳定性差的问题。本发明的柱面频率选择表面结构，它包括金属板和厚度为1mm的介质层，所述介质层的介电常数为2.2，磁导率为1；所述金属板的表面按矩形栅格形状刻满有通孔，所述通孔的形状为Y形，每两个相邻的Y形孔沿柱表面的间距均为40mm，金属板(1)按照曲率半径为160mm的柱面弯曲，介质层贴合在金属板的内侧。本发明适用于作为共形柱面天线罩使用。
【IPC分类】H01Q1/42, H01P1/20
【公开号】CN105406156
【申请号】CN201510854273
【发明人】刘志航, 马爽, 吴群, 杨国辉
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月27日