一种频率响应稳定的频率选择表面的制作方法

本发明涉及频率选择表面fss，尤其是频率响应稳定的频率选择表面结构与材料。

背景技术：

现有的频率选择表面(fss)是由大量无源谐振单元均匀排列组成的单层或多层周期性阵列结构，由周期性排列的金属贴片单元或孔径单元构成。这种表面可以在单元谐振频率附近呈现带阻(贴片型)或带通输特性(孔径型)，目前fss的应用十分广泛，可用于反射面天线的负反射器以实现频率复用，提高天线的利用率，可用于隐身技术，如雷达天线罩以降低天线系统的雷达截面等。这种选择结构对电磁波的透射和反射具有良好的选择性，在其带通范围内，电磁波可以顺利通过fss结构，而在其带阻范围内，电磁波则完全被反射回去，通过对周期性结构的调整、设计，可以得到不同的带通以及带阻范围。

fss作为一种人工材料，当前在无线能量传输和射频识别(rfid)方面也有重要应用。fss可以提高无线能量传输的效率，也可以提高rfid响应的稳定性。当前rfid应用中一个普遍存在的问题是rfid标签(tag)的响应受环境影响比较大。同一个rfid标签安装不同介质上，如塑料、木头、建筑物、包装盒、衣物等，其频率响应、识别距离等会有不同影响，这给实际应用带到很大困难。

典型的可参见如下：cn201510200529.2；本发明公开了一种频率选择表面，包括100个单元、底板，所述单元排列成10行10列，每一行的单元在水平方向对齐，每一列的单元在垂直方向对齐，所述单元为正方形薄片，边长为5.8mm，厚度为0.1mm，在所述单元的正中开有一正方形孔，所述正方形孔的边长为4.2mm，所述各单元之间的间距为1.9mm，所述单元由相对介电常数为1，电导率为200s/m的材料制成，附着于绝缘材料制成的底板上。本发明尺寸小，便于和系统共形，便于安装。本发明的fss结构吸波范围带宽大，可在2-18ghz的超宽带范围内进行吸波，反射系数小于-15db，特别适合用于超宽带天线领域。

cn201510035441.x申请日：2015-01-23；本发明公开了一种频率选择表面结构，属于电磁场与微波技术领域，所述频率选择表面结构的金属层上包含有周期性排列蜂窝状结构的多个金属单元；所述金属单元包括六边形环、三极子贴片以及三个三角形贴片，所述频率选择表面结构包括一个以上的中间重复结构，且中间重复结构由上到下依次设置；所述中间重复结构包括中间金属层(3)和中间衬底层(2)。一种多层频率选择表面结构：包括一个以上的中间重复结构，且中间重复结构由上到下依次设置，同时所述中间重复结构的上面设置有上蒙皮层5，下面依次设置底部衬底层7、底部金属层8、下蒙皮层6；具有低插入损耗、宽频率带宽、宽电磁波入射角和频率带通滤波性能的特点。可广泛用于无线通信，雷达，电子导航与电子对抗等设备的天线罩中。

技术实现要素：

本发明目的是，提出一种可用于无线能量传输和rfid等不用应用的新型多层fss及设计方法。该新型fss频率响应十分稳定。

本发明的技术方案是，一种频率响应稳定的频率选择表面，所述频率选择表面fss的基本谐振单元由粗细两种传输线组成，粗传输线为长方形平板状旗面，细传输线为旗杆形，连接在一道呈旗帜形上，每个谐振单元由一面旗帜和一面旋转180度的旗帜并排构成；细传输线连接成构成谐振单元的金属线框，旗杆近邻则每个单元形状为qb或dp，旗杆不近邻则每个单元形状为bq或pd，bp或dq；fss上下两层结构形状相同，呈镜像对称或翻转对称。

所述频率选择表面fss的基本谐振单元由粗细两种传输线组成，粗传输线为长方形平板状旗面，细传输线为旗杆形，连接在一道呈旗帜形上，每个谐振单元由一面旗帜和一面旋转180度的旗帜并排构成；细传输线连接成构成谐振单元的金属线框，旗杆近邻则每个单元为qb或dp，旗杆不近邻则每个单元为bq或pd，bp或dq；fss上下两层结构是90度旋转对称。

有益效果：因为本新型结构中上下两层之间的电容值非常高，由此本发明方法设计的fss的谐振频率主要由谐振单元中细传输线的电感和平板(旗面状)之间的电容决定。当有其它介质附着在相应的fss上时，附着介质对平板间的电容以及细传输线的电感影响极小，几乎可以忽略不计。因此由此方法设计的fss响应将几乎不受外界附着介质的影响。

附图说明

图1(a)本发明新型双层结构频率选择表面结构；1(b)谐振单元的电流分布情况；上下两层谐振单元的电流分布非常不同，如图1(b)所示。

图2新型多层单元结构频率选择表面示意图。此结构对水平极化波和垂直极化波响应一致。

图3其它介质附着在新型频率选择表面上时的引起的中心频率变化；是图2所示的fss的仿真响应；

图4(a)传统频率选择表面，谐振单元由平板和十字形形状的传输线组成；图4(b)为本发明新型频率选择表面结构，是fss的单层结构，但上下两层没有翻转。

图5(a)实际制作的频率选择表面,5(b)为图5(a)的局部放大图。

图6当有介质附着时，仿真和实测的新型频率选择表面的频率变化情况。

具体实施方式

一种频率响应稳定的频率选择表面，所述频率选择表面fss的基本谐振单元(如图1(a)所示。每个谐振单元)由粗细两种传输线组成，粗传输线为长方形平板状旗面，细传输线为旗杆形，连接在一道呈旗帜形，每个谐振单元由一面旗帜和一面旋转180度的旗帜并排构成；细传输线连接成构成谐振单元的金属线框，旗杆近邻则每个单元为qb或dp，旗杆不近邻则每个单元为bq或pd，或bp或dq；本发明方法的新颖独特之处在于fss上下两层结构形状相同，但呈镜像对称或翻转对称(flipped)；如qb的镜像为dp形，dp的镜像为qb形。当有入射波时，上下两层谐振单元的电流分布非常不同，如图1(b)所示。以右侧平板为例，当无线电波沿一定方向入射时，电流流入上层右侧平板。因为翻转对称的原因，电流将流出下层右侧平板；上下两层右侧平板感生的电荷极性相反，平板之间存在极强电容。左侧平板情况类似。

或者是每一层谐振单元阵列的结构都是90度旋转对称的。

基本谐振单元也可以有其它类似的组成方式。

当入射无线电波的电场为水平方向或者垂直方向时，图1所示的fss会表现出不同的响应。为减小fss受入射波电场方向的影响，fss可由图2所示的单元结构组成。此单元每一层的结构都是90度旋转对称的，因此响应受入射波电场方向的影响很小。相邻两层呈翻转对称，如上所述，层间电容非常强。同样，fss的响应受附着介质的影响非常小。图2所示的fss的仿真响应如图3所示。当有不同介质附着在两侧时，fss的响应几乎没有变化。

作为对比，图4(a)是一种常见的fss，谐振单元由平板和十字形形状的传输线组成。图4(b)所示的fss的单层结构和图2完全相同。唯一区别在于相邻层的结构完全相同，没有翻转对称。此两种fss受附着介质影响如表1所示。利用新型单元结构设计的fss受附着介质的影响也如表1所示。由表1可以看出，新型介质受附着介质的影响仅为传统结构的1/4至1/10。利用新型方法设计的fss将具有极高的频率稳定性。

一个利用本发明提出的方法设计的fss如图5所示。实验结果如图6所示。实测结果表明，当介质材料附着在单侧或者双侧时，新型fss的频率响应非常稳定。

因为本新型结构中上下两层之间的电容值非常高，由此本发明方法设计的fss的谐振频率主要由谐振单元中细传输线的电感和平板(旗面状)之间的电容决定。当有其它介质附着在相应的fss上时，附着介质对平板间的电容以及细传输线的电感影响极小，几乎可以忽略不计。因此由此方法设计的fss响应将几乎不受外界附着介质的影响。

当入射无线电波的电场为水平方向或者垂直方向时，图1所示的fss会表现出不同的响应。为减小fss受入射波电场方向的影响，fss可由图2所示的单元结构组成。此单元每一层的结构都是90度旋转对称的，因此响应受入射波电场方向的影响很小。相邻两层呈翻转对称，如上所述，层间电容非常强。同样，fss的响应受附着介质的影响非常小。图2所示的fss的仿真响应如图3所示。当有不同介质附着在两侧时，fss的响应几乎没有变化。

作为对比，图4(a)是一种常见的fss，谐振单元由平板和十字形形状的传输线组成。图4(b)所示的fss的单层结构和图2完全相同。唯一区别在于相邻层的结构完全相同，没有翻转对称。此两种fss受附着介质影响如表1所示。利用新型单元结构设计的fss受附着介质的影响也如表1所示。由表1可以看出，新型介质受附着介质的影响仅为传统结构的1/4至1/10。利用新型方法设计的fss将具有极高的频率稳定性。

表1：不同fss受附着介质影响引起的频率偏移对比

一个利用本发明提出的方法设计的fss如图5(a)所示。实验结果如图6所示。实测结果表明，当介质材料附着在单侧或者双侧时，新型fss的频率响应非常稳定。