專利名稱：一種極化穩定的毫米波頻率選擇表面的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域，特別涉及一種極化穩定的毫米波頻率選擇表面。
背景技術：
頻率選擇表面(Frequency Selective Surfaces, FSS)是一種具有頻率選擇特性的二維周期結構。作為一種新型的空間濾波器，由于其在毫米波段及亞毫米波段具有比傳統濾波器更多的優點，因而在軍事和民用領域有十分廣泛的應用，FSS已經成為近些年的一個研究熱點。
隨著微波遙感技術的進步，毫米波亞毫米波星載探測系統已成為一個主流趨勢， 其工作頻率正向太赫茲方向發展，通過使用頻率選擇表面，可以實現多頻段復用，因而頻率選擇表面成為準光學分頻網絡中的核心部件之一。
用于準光學分頻網絡中的頻率選擇表面應當滿足以下技術要求
I、入射角固定根據分頻網絡結構的要求，入射波的入射角限制為45°，這就要求在設計時考慮這一因素，以實現最佳選頻特性。
2、低損耗頻率選擇表面的損耗來源較多，有熱損耗、插入損耗、柵瓣損耗等，因此在設計中要綜合考慮周期圖案單元的尺寸、形狀及介質層的特性，以達到設計指標要求的帶寬、工作頻率、透射系數和反射系數。
3、極化穩定性頻率選擇表面在不同極化波的激勵下，應具有穩定的工作特性。
頻率選擇表面的工作頻率與尺寸有關，工作頻率越高，尺寸越小。此外，頻率選擇表面的工作頻率還與其形狀有關。特定工作頻率下的頻率選擇表面具有特定的形狀。現有技術中尚不存在工作頻率為118GHz的頻率選擇表面。發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中尚不存在工作頻率為118GHz的頻率選擇表面的缺陷，從而提供一種能工作于該頻率下的頻率選擇表面。
為了實現上述目的，本發明提供了一種極化穩定的毫米波頻率選擇表面，其中心頻率為118GHz，3dB工作頻帶為110-126GHZ，該頻率選擇表面包括有多行，每一行包括多個周期單元；各行中的周期單元以相同的方式放置，行與行之間的周期單元交錯排布，任一周期單元與其所在行的相鄰行的緊鄰的兩個周期單元成60°排布；
所述周期單元成正方形，其邊長在900-1000um之間；所述周期單元包括金屬層與硅材料層，所述金屬層覆蓋于所述硅材料層的上方；所述金屬層的厚度在3-10um之間，所述硅材料層的厚度在550-650um之間；
所述金屬層整體成平板型，其中央位置開有“工”字形的縫隙，所述縫隙包括三個區域，即中間區域與上下兩側的兩個區域；其中，中間區域的長度為中心頻率對應波長的 1/7-1/6之間，寬度為中心頻率對應波長的1/24-1/20之間；兩側的兩個區域的長度為中心頻率對應波長的1/14-1/12之間，寬度為中心頻率對應波長的1/50-1/48，且這兩個區域大3小相等，形狀相同，位置相對于中間區域嚴格對稱；所述金屬層采用鍍金材料實現；所述的硅材料層采用熔融石英制成，其相對介電常數在3. 7-4之間，損耗角正切 在 O. 0001-0. 0002 之間。上述技術方案中，所述中間區域與上下兩側的兩個區域為矩形或倒角矩形。上述技術方案中，所述周期單元的邊長為960um。上述技術方案中，所述金屬層的厚度為5um。上述技術方案中，所述硅材料層的厚度為600um。本發明的優點在于對于不同極化波的穩定性好；工作頻帶寬，3dB帶寬達16GHz ；曲線特性陡峭，對帶 外頻率的隔離度高，選擇性好；插入損耗小，濾波特性好；結構簡單，便于加工；所選用材料 的物理特性穩定，在實際應用中特性漂移小。


圖I為本發明的頻率選擇表面的周期單元的俯視圖；圖2為本發明的頻率選擇表面的周期單元的剖視圖；圖3為本發明的頻率選擇表面的排列方式示意圖；圖4為本發明的頻率選擇表面的S參數特性曲線的示意圖；圖5為本發明的頻率選擇表面對應TE極化波和TM極化波的頻率響應示意圖。
具體實施例方式現結合附圖對本發明作進一步的描述。本發明的頻率選擇表面包括多個周期單元，每一周期單元具有相同的結構。下面 首先對周期單元的結構加以描述。圖I為本發明的頻率選擇表面的周期單元的俯視圖，圖2為本發明的頻率選擇 表面的周期單元的剖視圖。從圖I和圖2可以看出，所述的周期單元成正方形，其邊長在 900-1000um之間。所述周期單元包括金屬層與硅材料層，其中的金屬層覆蓋于所述的硅材 料層的上方。所述金屬層的厚度為3-10um之間。所述娃材料層的厚度在550-650um之間。 作為一種優選實現方式，在本實施例中，所述周期單元的邊長為960um，所述金屬層的厚度 為5um,所述娃材料層的厚度為600um。所述的金屬層采用“工”字形的縫隙構型，即金屬層整體成平板狀，在其中央開有 “工”字形的縫隙，該縫隙包括三個矩形，即中間矩形與上下兩側的兩個矩形。其中，中間矩 形的長度約為中心頻率對應波長的1/7-1/6之間，寬度為中心頻率對應波長的1/24-1/20 之間。兩側的兩個矩形的長度約為中心頻率對應波長的1/14-1/12，寬度為中心頻率對應波 長的1/50-1/48，且這兩個矩形大小相等，形狀相同，位置相對于中間矩形嚴格對稱。作為一 種優選實現方式，在本實施例中，所述中間矩陣的長度為中心頻率對應波長的1/6，寬度為 中心頻率對應波長的1/24，兩側的兩個矩形的長度為中心頻率對應波長的1/12，寬度為中 心頻率對應波長的1/48。在其他實施例中，所述縫隙所包括的是倒角矩形而非矩形。所述 金屬層可采用鍍金材料實現。所述的硅材料層采用熔融石英(非晶體SiO2)制成，其相對介電常數在3. 7-4之間，損耗角正切在O. 0001-0. 0002之間，以保證頻率選擇表面的工作特性得到最大限度的優化。
以上是對本發明的頻率選擇表面的周期單元的描述。下面對所述周期單元的排布方式加以說明。
參考圖3，本發明的頻率選擇表面包括有多行，每一行中的周期單元都以相同的方式放置，行與行之間的周期單元交錯排布，如某一周期單元左、右兩側的邊緣與相鄰行的周期單元的中心線對齊。這就使得一周期單元與其所在行的相鄰行的緊鄰的兩個周期單元成 60°排布，S卩某一周期單元上邊緣的中心點、其下邊緣兩側的頂點、下一行中與該周期單元相鄰的兩個周期單元的上邊緣的中心點(共兩個點)、下一行中與該周期單元相鄰的左邊的周期單元左側的頂點、下一行中與該周期單元相鄰的右邊的周期單元右側的頂點相連， 形成一個等邊三角形。
本發明的頻率選擇表面具有良好的工作特性，圖4為頻率選擇表面的S參數特性曲線，圖5為頻率選擇表面對應TE極化波和TM極化波的頻率響應示意圖，從圖中可以看出，其對于兩種極化波，具有穩定的頻率響應特性。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種極化穩定的毫米波頻率選擇表面，其特征在于，其中心頻率為118GHz，3dB工作頻帶為110-126GHZ，該頻率選擇表面包括有多行，每一行包括多個周期單元；各行中的周期單元以相同的方式放置，行與行之間的周期單元交錯排布，任一周期單元與其所在行的相鄰行的緊鄰的兩個周期單元成60°排布；所述周期單元成正方形，其邊長在900-1000Um之間；所述周期單元包括金屬層與硅材料層，所述金屬層覆蓋于所述硅材料層的上方；所述金屬層的厚度在3-10um之間，所述硅材料層的厚度在550-650um之間；所述金屬層整體成平板型，其中央位置開有“工”字形的縫隙，所述縫隙包括三個區域，即中間區域與上下兩側的兩個區域；其中，中間區域的長度為中心頻率對應波長的 1/7-1/6之間，寬度為中心頻率對應波長的1/24-1/20之間；兩側的兩個區域的長度為中心頻率對應波長的1/14-1/12之間，寬度為中心頻率對應波長的1/50-1/48，且這兩個區域大小相等，形狀相同，位置相對于中間區域嚴格對稱；所述金屬層采用鍍金材料實現；所述的硅材料層采用熔融石英制成，其相對介電常數在3. 7-4之間，損耗角正切在O.0001-0. 0002 之間。
2.根據權利要求I所述的極化穩定的毫米波頻率選擇表面，其特征在于，所述中間區域與上下兩側的兩個區域為矩形或倒角矩形。
3.根據權利要求I所述的極化穩定的毫米波頻率選擇表面，其特征在于，所述周期單元的邊長為960um。
4.根據權利要求I所述的極化穩定的毫米波頻率選擇表面，其特征在于，所述金屬層的厚度為5um。
5.根據權利要求I所述的極化穩定的毫米波頻率選擇表面，其特征在于，所述硅材料層的厚度為600um。
全文摘要
本發明公開了一種極化穩定的毫米波頻率選擇表面，包括有多行，每一行包括多個周期單元；各行中的周期單元以相同的方式放置，行與行之間的周期單元交錯排布，任一周期單元與其所在行的相鄰行的緊鄰的兩個周期單元成60°排布；周期單元成正方形，包括金屬層與硅材料層，金屬層覆蓋于所述硅材料層的上方；金屬層的厚度在3-10um之間，硅材料層的厚度在550-650um之間；金屬層整體成平板型，其中央位置開有“工”字形的縫隙，所述縫隙包括三個區域，中間區域與上下兩側的兩個區域；這兩個區域大小相等，形狀相同，位置相對于中間區域嚴格對稱；金屬層采用鍍金材料實現；硅材料層采用熔融石英制成。
文檔編號H01P1/20GK102931454SQ201210363808
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者夏步剛, 張德海, 趙瑾, 孟進 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心