[发明专利]一种具有超高频率比的多频带频率选择结构设计方法

说明书

本发明公开了一种具有超高频率比的多频带频率选择结构设计方法，选择多周期组合阵列或者不同密度组合阵列的单元阵列组合方式，以谐振频带为约束，确定参与嵌套组合的阵列单元的单元参数与相应单元阵列参数，确定参与嵌套组合的阵列单元的单元参数与相应单元阵列参数，然后调整各参与嵌套组合的阵列单元参数和阵列单元位置以满足拓扑完整性要求，并最终对所述阵列单元组合后形成的多周期组合阵列/不同密度组合阵列的带内性能计算验证，从而解决目前多谐振频带型频率选择结构面临的谐振频带分布频率范围窄、高频谐振频带的带内性能差问题。

技术领域

本发明涉及通讯和电磁滤波领域，更具体地涉及一种高频率比和高 带内透射率(反射率)的且具有多个谐振频带的频率选择结构的设计方法。

背景技术

多谐振频带型频率选择结构是一类具有多个频率选择窗口的电磁元 器件，能够实现多个频率的信号发生全反射或全透射，从而被广泛应用于多频 天线、多频雷达罩、综合隐身桅杆、多频电磁滤波元器件等领域。

一般来说，利用具有简单形状单元阵列的二维阵列结构可以获得单 一的带通(阻)频率(也称谐振频带，带通即信号发生全透射，带阻即信号发 生全反射)，而通过采用组合单元、复杂单元和多层频率选择结构复合等方法 则可以获取多个谐振频带，其中通过简单形状单元阵列组合的方法获得多频段 响应是最普遍、最基本的一种方法。

通常认为将谐振频带差异显著的单元阵列组合在一起，只要能保证 组合之后各单元阵列的缝隙(或导电区)相互独立就能获得多个谐振频带，而基 于组合单元或多频复杂单元通过单一的周期分布或按一定密度分布形成阵列来 获得多个谐振频带时，由于受到阵列周期所决定的栅瓣频率的限制，这种方式 不能在较宽频率范围内获得多个高质量的谐振频带：且阵列周期对应着固定的 栅瓣频率，高于栅瓣频率时频率选择结构会通过栅瓣向其它方向辐射相当一部 分能量，从而导致较高频率的谐振频带内性能下降(即带通型频选结构的通带内 电磁波透射率下降或带阻型的阻带内透射率增大)，从而影响多谐振频带型频率 选择结构的性能。

因此，谐振频带分布频率范围窄、高频谐振频带的带内性能差成为 多谐振频带型频率选择结构普遍面临的重点技术问题。

发明内容

本发明的目的是解决目前多谐振频带型频率选择结构面临的谐振频 带分布频率范围窄、高频谐振频带的带内性能差问题。

为实现上述目的，本发明应用的技术方案如下。

一种具有超高频率比的多频带频率选择结构设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据需要应用频率选择表面的结构特点，选择单元阵列的组 合方式，即通过周期呈倍数关系的单元阵列的嵌套形成不同周期单元阵列组合 (多周期组合阵列)或者通过不同密度的单元阵列的嵌套形成不同密度单元阵列 组合(不同密度组合阵列)，如果需要应用频率选择表面的结构容易展开为平面或 使用平面频率选择结构进行映射设计则采用多周期组合阵列，否则推荐采用不 同密度组合阵列；

步骤2、根据设计需求中的力学性能要求结合频响曲线、入射角、极 化特性要求，确定多谐振频带型频率选择结构所采用的介质、介质加载形式和实 现各频带所用的单元形式；优先选用容易嵌套的多边形、环型等平铺空间利用率 高的阵列单元形式和方便填补多边形、环型阵列单元之间缝隙的分支型阵列单 元；

步骤3、对于多周期组合阵列，根据设计需求中的谐振频带中心频率、 带宽、过渡带宽度和带外透/反射率要求确定各组成单元尺寸参数和阵列周期； 对于不同密度组合阵列，根据设计需求中的谐振频带中心频率、带宽、过渡带宽 度和带外透/反射率要求确定各组成单元尺寸参数和阵子密度；

步骤4、对于多周期组合阵列，对组成单元阵列进行组合，同时调整 拓扑结构以保证组合后形成的单元具备拓扑完整性；对于不同密度组合阵列，按 照设计密度参数对阵子进行排布，在满足密度参数约束的前提下保证组合后每 个阵子具备拓扑完整性；