一种带通型频率选择表面

1.本发明涉及无线通信器件及电磁滤波技术领域，特别是涉及一种带通型频率选择表面。


背景技术：

2.频率选择表面作为选频器件，在无线通信领域其主要作用是阻挡不需要的信号，使得目标频率的信号通过，从而提高信噪比以改善通信效果。对于传统的频率选择表面，其谐振单元的尺寸相当于工作频率的半个波长，这一特性使得在一些实际应用中，例如在低频率工作的无线通信系统中，很难在有限的空间中包含足够数量的谐振单元，因此不易获得角度稳定的频率响应。研究者为了追求具有高度稳定性的频率选择表面，过度追求频率选择表面的小型化。然而，在有限导电性的频率选择表面中真实的金属并不是理想的导电体，因此需要考虑电阻损耗，在过度小型化的频率选择表面中，金属排列越来越密集，产生热量的问题逐渐变得更加严重。因此，设计具有高角度稳定性的适度小型化频率选择表面，对低频率工作的无线通信系统的发展及实用化具有重要意义。
3.基于上述问题，如何设计角度稳定的、适度小型化的用于无线局域网频段的带通频率选择表面成为本领域亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提出一种结构简单，易于实现的具有高角度稳性定的带通型频率选择表面。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种带通型频率选择表面，其特征在于：所述频率选择表面为周期性结构，包括m
×
n个单元，相邻单元无间距，m、n均为大于等于2的正整数；
7.所述单元包括金属谐振层和基底；沿着波入射方向，依次为金属谐振层，基底；
8.所述金属谐振层包括四个沿金属谐振层中心法线旋转对称的曲折金属条带，每根曲折金属条带弯曲12次，弯曲角度为90
°
。
9.所述频率选择表面在2.45ghz频率附近谐振深度约0.04db，并在这个频率附近有一个通带；所述频率选择表面在0.92-3.69ghz范围内对电磁波的插入损耗低于-3db。
10.所述频率选择表面对不同极化的电磁波即te极化和tm极化的电磁波具有角度稳定的频率响应，且具有适度的小型化特性。
11.可选的，所述基底的厚度为1mm。
12.可选的，所述金属谐振层的厚度为30um。
13.可选的，所述单元的边长为11.4mm。
14.可选的，所述曲折金属带线的总长度为30mm，宽度为0.2mm。
15.可选的，所述金属谐振层的材料为金属铜，基底的材料为聚四氟乙烯f4bm高频天线板。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.本发明提出了一种带通型频率选择表面，所述频率选择表面对不同极化的电磁波即te极化和tm极化的电磁波具有角度稳定的频率响应，且具有适度的小型化特性。本发明中通过曲折金属带线延长电流路径，缩小了单元的等效电尺寸，有利于降低对大角度入射电磁波敏感性，提高频率选择表面的角度稳定性。本发明通过适度的小型化单元，有利于降低金属排列的密集程度。本发明相比于过度小型化的频率选择表面，在没有牺牲角度稳定性的前提下，增强频率选择表面的散热性能。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例带通型频率选择表面单个单元的结构示意图；
20.图2为本发明实施例带通型频率选择表面单个单元阵列的侧视图；
21.图3为本发明实施例带通型频率选择表面2
×
2单元阵列的正视图；
22.图4为本发明实施例带通型频率选择表面单个单元的金属谐振层结构示意图；
23.图5为本发明实施例带通型频率选择表面的传输响应图；
24.图6为本发明实施例带通型频率选择表面的te模式下的不同入射角下的传输响应图；
25.图7为本发明实施例带通型频率选择表面的tm模式下的不同入射角下的传输响应图。
26.其中，1、基底，2、金属谐振层，3、曲折金属条带。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.本发明提供了一种带通型频率选择表面，所述带通型频率选择表面为周期性结构，由m
×
n个相同的单元组成，相邻单元间无间距，m、n均为大于等于2的整数。
30.图1为本发明实施例带通型频率选择表面单个单元的结构示意图，如图所示，单个单元为正方形结构，由基底1和金属谐振层2组成。本实施例中金属谐振层2的材质为铜,基底1的材质为聚四氟乙烯f4bm高频天线板。
31.图2为本发明实施例带通型频率选择表面单个单元阵列的侧视图,如图所示，基底1的厚度为b，金属谐振层2的厚度为a。本实施例中所述金属谐振层2的厚度a为35um，基底的厚度b为1mm。
32.图3为本发明实施例带通型频率选择表面的2
×
2单元阵列的正视图，单元周期为p，本实施例中p为11.4mm。
33.图4为本发明实施例带通型频率选择表面单个单元的金属谐振层结构示意图。如图4所示，所述金属谐振层2包括四个沿金属谐振层2的中心法线旋转对称的曲折金属条带3，每根曲折金属条带弯曲12次，弯曲角度为90
°
。本实施例中所述曲折金属带线初始长度d为1mm，第一次曲折的长度d1为5.2mm，第二次曲折的长度d2为1.2mm，第三次曲折的长度d3为2.2mm，第四次曲折的长度d4为1.7mm，第五次曲折的长度d5为2.2mm，第六次曲折的长度d6为1.1mm，第七次曲折的长度d7为4.9mm，第八次曲折的长度d8为1.1mm，第九次曲折的长度d9为2mm，第十次曲折的长度d10为1.7mm，第十一次曲折的长度d11为2.3mm，第十二次曲折的长度d12为3.4mm，宽度w为0.2mm。
34.图5为本发明实施例带通型频率选择表面的传输性能曲线，传输通带的中心频率为2.45ghz，插入损耗为-0.04db。
35.图6为本发明实施例带通型频率选择表面te模式下不同入射角下的传输响应；图7为本发明实施例带通型频率选择表面tm模式下不同入射角下的传输响应。参见图6和图7，本发明所述带通型频率选择表面对于不同入射角度具有不敏感性，即对不同入射角的电磁波具有稳定的传输响应。
36.而本发明提供的带通型频率选择表面的周期为0.09个波长(0.09λ)，是适度小型化的频率选择表面。虽然不是极度小型化的频率选择表面，但达到了极度小型化频率选择表面所具有的高度的角度稳定性。但由于不是极度小型化频率选择表面，金属谐振层的金属条带没有那么密集，因此在工作时可以保持较好的散热能力。换言之，本发明提供的带通型频率选择表面在所报道的带通频率选择表面中具有最优异的角度稳定性(入射角80
°
时仍然具有较稳定的性能)，但金属图案的排布比那些同样角度稳定性的极度小型化频率选择表面的金属图案稀疏得多，因此具有较好的散热能力。
37.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。