CN110994172B - 一种基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩，上层PCB板的上表面设置有上导电层，上层PCB板的下表面设置有中导电层，下层PCB板的下表面设置有下导电层，上导电层由周期性排布的若干上叉指结构单元组成，中导电层由周期性排布的若干十字型结构单元组成，下导电层由周期性排布的若干下叉指结构单元组成，其中，一个上叉指结构单元对应一个十字型结构单元及一个下叉指结构单元；所述上叉指结构单元及下叉指结构单元均由两块梳齿结构组成，其中，两个梳齿结构最外侧齿的长度相同、相对分布且两者之间有间隙；各上叉指结构单元与对应的十字型结构单元及下叉指结构单元完全对齐；该天线罩具有较低的谐振频率。

Description

一种基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩
技术领域
本发明属于电磁工程领域，涉及一种基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩。
背景技术
目前，对于低频(400MHz—3GHz)的移动通信、电子对抗、雷达等电子设备所需的频率选择表面天线罩存在带宽窄、阻带窄、频率较高、谐波离基频较近、单元较大等问题，存在较大的研制难度。其原因在于低频单元的亚波长比起高频段的亚波长单元要长；频率选择表面单元在低频工作时结构尺寸要大很多；天线罩往往要采用很多单元以模拟无限大的周期结构，这会导致整个天线罩的尺寸太大，导致整机体积大、重量大、安装困难，甚至无法应用。此外，如果单元数太少，会导致频率选择表面的通带裂变，带内性能变差。
目前的设计，主要在频率选择表面内折叠的方式，采用分布参数的电感加载的方式实现频率选择表面低频和小型化，也有采用集中参数电感加载的方式实现的。由于电感加载的频率选择表面采用单层设计，没有能够实现带内多频点谐振导致频率选择表面谐振带宽窄，不能传输宽带信号；由于电感加载导致谐波离谐振的基频较近，无法实现宽阻带性能。电容加载的多层频率选择表面能够实现宽带，但由于电容容值的离散型、贴片的误差以及电容的有效性问题，导致频率选择表面的性能与预期有差距；且其加工和焊接导致频率选择表面的成本增加。此外，集总电感和电容在高温下会失效，不适合做各种电子设备的天线罩。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩，该天线罩具有较低的谐振频率。
为达到上述目的，本发明所述的基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩包括自上到下依次分布的上层PCB板及下层PCB板，其中，上层PCB板的上表面设置有上导电层，上层PCB板的下表面设置有中导电层，下层PCB板的下表面设置有下导电层，上导电层由周期性排布的若干上叉指结构单元组成，中导电层由周期性排布的若干十字型结构单元组成，下导电层由周期性排布的若干下叉指结构单元组成，其中，一个上叉指结构单元对应一个十字型结构单元及一个下叉指结构单元；
所述上叉指结构单元及下叉指结构单元均由两块梳齿结构组成，其中，两个梳齿结构最外侧齿的长度相同、相对分布且两者之间有间隙；
各上叉指结构单元与对应的十字型结构单元及下叉指结构单元完全对齐；
上导电层内、下导电层内、上导电层与中导电层之间以及下导电层与中导电层之间均形成分布电容。
上层PCB板及下层PCB板的长度、宽度及厚度分别为4mm-15mm、4mm-15mm及0.2mm-4mm，上层PCB板及下层PCB板的介电常数均小于9.8。
上叉指结构单元及下叉指结构单元中指宽W1均为0.05mm-1mm，叉指间隙g均为0.05mm-0.5mm。
十字型结构单元中四个伸出部的宽度W均为0.5mm-4mm。
上叉指结构单元的厚度、十字型结构单元的厚度及下叉指结构单元的厚度均为0.018mm-0.054mm。
各上叉指结构单元与对应十字型结构单元及下叉指结构单元沿同一平面对称分布。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩在具体操作时，上叉指结构单元及下叉指结构单元均由两块梳齿结构组成，其中，两个梳齿结构最外侧齿的长度相同、相对分布且两者之间有间隙，使得上导电层及下导电层形成较大的容性加载，继而使得天线罩具有较宽的阻带抑制能力，另外，各上叉指结构单元与对应的十字型结构单元及下叉指结构单元完全对齐，使得上导电层内及下导电层内形成较大的分布电容，上导电层与中导电层之间以及下导电层与中导电层之间形成面间耦合，以形成分布电容，比传统的频率选择表面通过导体边缘的边和边的耦合电容，具有更大的耦合电容，更低的谐振频率，同时上导电层与下导电层之间形成电容加载，具有较强的容性及感性，上导电层、下导电层及中导电层之间相互耦合谐振，多个谐振形成宽带谐振，在相同单元的情况下，本发明相比于现有技术，具有更大的耦合电容，更低的谐振频率，更宽的阻带。
附图说明
图1为本发明中上叉指结构单元1及下叉指结构单元3的结构示意图；
图2为本发明中十字型结构单元2的结构示意图；
图3为本发明中上层PCB板4的结构示意图；
图4为上叉指结构单元1与对应十字型结构单元2及下叉指结构单元3的分布图；
图5为实施例一的窄带仿真结果图；
图6为实施例一的阻带仿真结果图。
其中，1为上叉指结构单元、2为十字型结构单元、3为下叉指结构单元、4为上层PCB板、5为下层PCB板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1至图4，本发明所述的基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩包括自上到下依次分布的上层PCB板4及下层PCB板5，其中，上层PCB板4的上表面设置有上导电层，上层PCB板4的下表面设置有中导电层，下层PCB板5的下表面设置有下导电层，上导电层由周期性排布的若干上叉指结构单元1组成，中导电层由周期性排布的若干十字型结构单元2组成，下导电层由周期性排布的若干下叉指结构单元3组成，其中，一个上叉指结构单元1对应一个十字型结构单元2及一个下叉指结构单元3；所述上叉指结构单元1及下叉指结构单元3均由两块梳齿结构组成，其中，两个梳齿结构最外侧齿的长度相同、相对分布且两者之间有间隙；各上叉指结构单元1与对应的十字型结构单元2及下叉指结构单元3完全对齐；上导电层内、下导电层内、上导电层与中导电层之间以及下导电层与中导电层之间均形成分布电容。各上叉指结构单元1与对应十字型结构单元2及下叉指结构单元3沿同一平面对称分布。
上层PCB板4及下层PCB板5的长度、宽度及厚度分别为4mm-15mm、4mm-15mm及0.2mm-4mm，上层PCB板4及下层PCB板5的介电常数均小于9.8；上叉指结构单元1及下叉指结构单元3中指宽W1均为0.05mm-1mm，叉指间隙g均为0.05mm-0.5mm；十字型结构单元2中四个伸出部的宽度W均为0.5mm-4mm；上叉指结构单元1的厚度、十字型结构单元2的厚度及下叉指结构单元3的厚度均为0.018mm-0.054mm。
制作时，在上层PCB板4及下层PCB板5的上表面及下表面覆铜，再在上层PCB板4的上表面刻蚀上导电层，在上层PCB板4的下表面刻蚀中导电层，然后将下层PCB板5的上表面完全腐蚀掉，再在下层PCB板5的下表面刻蚀下导电层，最后将上层PCB板4与下层PCB板5压合在一起。
实施例一
本实施例中上叉指结构单元1及下叉指结构单元3的均边长为6mm，叉指间隙为0.204mm，叉指的指宽为0.36mm，叉指的长度为5.006mm；十字型结构单元2中各伸出部的长度为6mm，宽度为2.4mm，上层PCB板4的厚度及下层PCB板5的厚度均为2mm，介电常数为3.2mm，图5及图6为仿真结构，仿真结果中，假设上叉指结构单元1、十字型结构单元2及下叉指结构单元3的数量均为30，从图5的仿真结果可以看出，该天线罩的谐振频率可低至2500MHz左右，单元尺寸仅等于λ0/20，λ0为谐振频率电磁波自由空间波长，带宽为250MHz左右；从图6的仿真结果可以看出，阻带一直到40GHz。

Claims (5)

1.一种基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩，其特征在于，包括自上到下依次分布的上层PCB板(4)及下层PCB板(5)，其中，上层PCB板(4)的上表面设置有上导电层，上层PCB板(4)的下表面设置有中导电层，下层PCB板(5)的下表面设置有下导电层，上导电层由周期性排布的若干上叉指结构单元(1)组成，中导电层由周期性排布的若干十字型结构单元(2)组成，下导电层由周期性排布的若干下叉指结构单元(3)组成，其中，一个上叉指结构单元(1)对应一个十字型结构单元(2)及一个下叉指结构单元(3)；
所述上叉指结构单元(1)及下叉指结构单元(3)均由两块梳齿结构组成，其中，两个梳齿结构最外侧齿的长度相同、相对分布且两者之间有间隙；
各上叉指结构单元(1)与对应的十字型结构单元(2)及下叉指结构单元(3)完全对齐；
上导电层内、下导电层内、上导电层与中导电层之间以及下导电层与中导电层之间均形成分布电容。
2.根据权利要求1所述的基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩，其特征在于，上层PCB板(4)及下层PCB板(5)的长度、宽度及厚度分别为4mm-15mm、4mm-15mm及0.2mm-4mm，上层PCB板(4)及下层PCB板(5)的介电常数均小于9.8。
3.根据权利要求1所述的基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩，其特征在于，上叉指结构单元(1)及下叉指结构单元(3)中指宽W1均为0.05mm-1mm，叉指间隙g均为0.05mm-0.5mm。
4.根据权利要求1所述的基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩，其特征在于，十字型结构单元(2)中四个伸出部的宽度W均为0.5mm-4mm。
5.根据权利要求1所述的基于宽阻带低频多层频率选择表面的天线罩，其特征在于，上叉指结构单元(1)的厚度、十字型结构单元(2)的厚度及下叉指结构单元(3)的厚度均为0.018mm-0.054mm。
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