[发明专利]一种开缝隙结构的人工电磁软表面及其构建方法

权利要求书

1.一种开缝隙结构的人工电磁软表面,包括底层的金属接地平板，中间层的介质基板和上层的金属条带，金属条带通过一排沿直线等距分布的金属过孔与金属接地平板相导通，其特征在于：

还包括设置在金属条带上的缝隙列，缝隙列平行于金属过孔列由等距排列在一条直线上的缝隙构成，每个金属过孔均有相对应的缝隙，金属过孔与对应缝隙的几何中心连线与金属过孔列垂直，且金属过孔与缝隙不相交，缝隙和金属过孔均处于金属条带范围内；

所述缝隙的形状呈矩形C的形状，矩形C的开口边即缝隙开口边背离所在金属条带上的金属过孔列，且平行于所属金属条带上的金属过孔列；上述矩形C为一组对边平行于金属过孔列的矩形框，在背离金属过孔列的矩形框平行边中间开口即得到缝隙开口边；

其中金属条带的宽度为W，同一金属条带上的金属过孔的间距为P，金属过孔的直径为D，介质基板的厚度为h,缝隙的宽度为W1；对矩形C外边缘轮廓所确定的矩形有：缝隙开口边所在矩形边的长度为L1，矩形的另一条边为L2,缝隙开口边的两条边长度均为L3,L1<P,L2>2W1,0<L3<L1/2。

2.如权利要求1所述开缝隙结构的人工电磁软表面，其特征在于：当金属过孔列位于金属条带中间时，在每个金属条带上设置两列关于金属过孔列呈镜像对称的缝隙列，即金属过孔列两侧均设有缝隙列，金属过孔与对应的2个缝隙的几何中心呈3点一线且与该金属条带上的金属过孔列垂直，呈镜像的一对缝隙的最短距离为d1,d1>D,2L2+d1<W。

3.如权利要求1所述开缝隙结构的人工电磁软表面，其特征在于：当金属过孔列不位于金属条带中间时，仅在每个金属条带上设置一列缝隙列，此缝隙列在金属过孔列到金属条带边缘距离更远的一侧；金属过孔列没有缝隙列一侧的金属条带边缘到缝隙的最短距离为d2,d2>D,L2+d2<W。

4.如权利要求1-3任一所述开缝隙结构的人工电磁软表面的构建方法，包括以下步骤：

步骤一：在CST中建立一个具有n个周期的开缝隙结构的电磁软表面模型，n为正整数；该模型由三层构成，自上而下依次是开缝隙的金属条带，介质基板层和地层，每个开缝隙的金属条带通过一排等距的金属过孔与地层相连，在介质基板的上方再设置一个高度是介质基板厚度2到5倍的空气盒子，空气盒子的长宽皆与介质基板层相同，空气盒子底面与介质基板的上表面重合，在空气盒子的上表面与地层的下表面分别设置电边界Et＝0,在金属条带方向的两个侧面分别设置磁边界Ht＝0，在垂直于金属条带的两个方向的两个侧面分别设置波端口；设置频率范围，仿真得到传输系数S₂₁，再调整结构参数，使其带隙工作在要求的频率范围，初步确定开缝隙结构的电磁软表面的尺寸参数；

步骤二：在Ansoft-HFSS中，在同一块介质基板上设计两个大小相同贴片天线；该模型分为三层，从上至下分别是，两个矩形的金属贴片，表面为矩形的介质基板和地层；两个金属贴片分别关于两条直线对称，这两条直线是介质基板矩形表面对边中点的连线，介质基板的厚度与材料与步骤一的电磁软表面的厚度与材料相同，两个金属贴片下表面分别通过同轴线馈电；再把该模型用一个空气盒子罩住，空气盒子的边缘到该模型的最短距离不小于四分之一工作波长，空气盒子表面设置为辐射边界条件，在地层的两个圆形开孔面分别设置集总波端口，设置归一化输入阻抗为50欧姆，设置工作频率范围，仿真得到S参数结果，并调整贴片天线的尺寸参数，使其工作在步骤一设计的开缝隙结构的电磁软表面带隙的频率范围，得到调整后的S参数，确定两个贴片天线的尺寸参数；

步骤三：在Ansoft-HFSS中，将步骤二设计的在同一介质基板上的两个贴片天线的模型中加载步骤一设计的开缝隙结构的电磁软表面，该电磁软表面加载在两个贴片天线之间，其金属条带的长度方向与两矩形金属贴片的相邻边平行，且该电磁软表面分别与两贴片天线的最短距离相等，仿真得到S参数，再优化该电磁软表面的结构参数，使两个波端口间的传输系数S₂₁、S₁₂在贴片天线的工作频率的中心点附近的值最小，得到优化后的S参数，确定该电磁软表面的尺寸参数。