本發(fā)明屬于通信技術領域，涉及一種基于超寬阻帶頻率選擇表面的反射板，特別涉及一種用于定向輻射超寬帶天線的超寬阻帶頻率選擇表面反射板。本發(fā)明可用于衛(wèi)星通信、移動通信、超寬帶反射面天線等。

背景技術：
作為超寬帶無線電系統(tǒng)中不可或缺的組件，超寬帶天線在超寬帶技術中起著舉足輕重的作用。超寬帶天線的形式多種多樣，如平面單極子天線、螺旋天線、指數(shù)漸變槽線天線等，在實際的工程中往往需要定向輻射才能保證發(fā)射和接收質量，因此通常采用附加反射板的方式使超寬帶天線定向輻射或進一步加強定向天線的方向性。目前，常見的反射板一般采用金屬板，它具有在全頻帶都具有高反射率的特點。在電磁頻譜日益擁擠以及電磁環(huán)境日益復雜的今天，金屬反射板不光會反射自身天線的電磁波，還有可能會對附近其他天線的電磁波產生影響，因此，金屬反射板在全頻段高反射率的優(yōu)點恰恰也是其難以克服的缺點。頻率選擇表面是一種二維周期性結構，本身并不吸收能量，卻能起到濾波的作用。作為一種空間濾波器，頻率選擇表面能夠有效地控制入射電磁波的發(fā)射和傳輸。頻率選擇表面從傳輸性能上可以分為兩類：一類是對其通帶內的電磁波呈現(xiàn)全透射特性的帶通型頻率選擇表面，另一類是對其阻帶內的電磁波呈現(xiàn)出全反射特性的帶阻型頻率選擇表面。帶阻型頻率選擇表面可反射特定頻段的電磁波，特定頻段外的電磁波可以完全透過，所以帶阻型頻率選擇表面是一種理想的天線反射板。傳統(tǒng)的帶阻型頻率選擇表面大多為窄帶工作，即只能在很窄的頻帶實現(xiàn)全反射?，F(xiàn)今，對傳統(tǒng)的帶阻型頻率選擇表面進行改進，使其具有寬阻帶特性。中國專利申請：公布日2012.07.25，公開號CN102610925A公開了“一種超寬帶的頻率選擇表面結構的天線反射器”，該天線反射器的每個頻率選擇表面單元由四個相同的子頻率選擇表面單元構成，其優(yōu)點在于實現(xiàn)了單元的小型化并展寬了阻帶帶寬。然而該反射器存在阻帶帶寬無法達到3倍頻程的缺點，同時在阻帶之外該反射器的反射系數(shù)依然較高，透波特性不足。另外，中國專利申請：公布日2013.06.12，公布號CN103151579A公開了“基于分型結構的寬頻帶亞毫米波頻率選擇表面”，該分形結構頻率選擇表面的優(yōu)點是具有寬帶的頻率響應，3dB工作頻帶為273-405GHz。但該頻率選擇表面只能應用于亞毫米波波段，無法使用在微波波段的超寬帶天線上。此外，該頻率選擇表面的相對帶寬為1.48倍頻，無法滿足工作帶寬3倍頻以上的超寬帶天線的要求?，F(xiàn)有公開的寬頻帶頻率選擇表面雖然展寬了阻帶帶寬，但僅能實現(xiàn)3倍頻以下的工作帶寬，無法滿足超寬帶天線的要求。

技術實現(xiàn)要素：
：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于超寬阻帶頻率選擇表面的反射板，以解決現(xiàn)有頻率選擇表面阻帶較窄的問題，可用于定向輻射超寬帶天線。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采取的技術方案為一種基于超寬阻帶頻率選擇表面的反射板，包括頻率選擇表面單元1和介質基板2，所述頻率選擇表面單元1印制在介質基板2上，且沿其所在的X、Y軸方向周期排布，其特征在于，所述頻率選擇表面單元1包括鋸齒狀梭形十字貼片3和圓環(huán)貼片4，所述鋸齒狀梭形十字貼片的中間設置有四角星縫隙5，且二者的中心重合；所述四個不同半徑的圓環(huán)貼片分別位于鋸齒狀梭形十字貼片四個臂之間，所述四個不同半徑圓環(huán)貼片4分別位于鋸齒狀梭形十字貼片3相鄰兩臂的正中間，四個圓環(huán)貼片的中心位于以齒狀梭形十字貼片中心為圓心的圓上，且最大的圓環(huán)貼片不與鋸齒狀梭形十字貼片相接觸。。所述介質基板2為厚度是h的FR4材料。所述鋸齒狀梭形十字貼片3的四個臂長度相等，分別伸向45°、135°、225°、315°方向，相鄰兩臂頂點間距為l；鋸齒寬度為w＝(1/10～1/16)l，鋸齒高度h1＝kw，且0.65≤k≤0.75。所述四角星縫隙5的四個角與鋸齒狀梭形十字貼片3的四個臂的伸展方向相同，四角星縫隙5相鄰兩角頂點間距為l1，且滿足6mm≤l1≤11.6mm；中心寬度為w1，且w1滿足0.8mm≤w1≤2mm。所述圓環(huán)貼片4的寬度為d，d的取值范圍為0.1mm≤d≤0.5mm，圓環(huán)貼片4的外半徑分別為r1、r2、r3、r4，其中r1＝2～2.6mm，且滿足r2＝r1t、r3＝r1t2、r4＝r1t3，其中系數(shù)t滿足0.6≤t≤0.9。所述圓環(huán)貼片4按圓環(huán)貼片外半徑由大到小順時針或逆時針依次排布。所述的頻率選擇表面單元1沿其所在的X、Y軸方向周期排布，且數(shù)量為m×n個，相鄰頻率選擇表面單元的中心間距為L，其中m≥20，n≥20，L>l。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1.本發(fā)明通過對傳統(tǒng)方形貼片進行準分形處理，得到帶有鋸齒狀結構的梭形十字貼片，采用這一設計在不致使頻率選擇表面單元幾何尺寸過大的情況下，有效地增加頻率選擇表面單元的電尺寸，從而展寬了頻率選擇表面阻帶帶寬，滿足了更多用戶的需要。2.本發(fā)明通過在鋸齒狀梭形十字貼片上設置四角星縫隙，在不影響頻率選擇表面超寬阻帶特性的同時，使其阻帶兩端產生陡降，從而使該頻率選擇表面阻帶和通帶之間產生突變，使阻帶接近陡降處有更好的反射效果，而通帶接近陡降處有良好的透射效果，避免頻率在阻帶和通帶漸變頻段電磁波的干擾，從而避免加載本發(fā)明的超寬帶天線對周圍其他天線工作頻帶的電磁波產生影響。3.本發(fā)明通過設置四個圓環(huán)貼片，提供了新的諧振頻點，使頻率選擇表面在工作頻帶之外具有更好的透波效果，即在工作頻帶之外傳輸電磁波的能力更強，從而進一步避免加載本發(fā)明的超寬帶天線對周圍其他天線正常工作的干擾。附圖說明圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為本發(fā)明的頻率選擇表面單元結構示意圖；圖3為本發(fā)明的鋸齒狀梭形十字貼片結構示意圖；圖4為本發(fā)明的四角星縫隙結構示意圖；圖5為本發(fā)明圓環(huán)貼片結構示意圖；圖6為本發(fā)明在不同極化平面波照射下反射系數(shù)和透射系數(shù)的結果圖；圖7為本發(fā)明在不同角度平面波照射下反射系數(shù)和透射系數(shù)的結果圖；圖8加載本發(fā)明反射板天線與加載金屬反射板天線阻抗帶寬對比圖；圖9加載本發(fā)明反射板天線與加載金屬反射板天線軸比帶寬對比圖；圖10加載本發(fā)明反射板天線與加載金屬反射板天線增益方向圖對比圖。具體實施方式：為了使本發(fā)明的目的、技術方案以及與現(xiàn)有技術相比所體現(xiàn)的優(yōu)點更加清晰明了，以下結合附圖和具體實施例作進一步的詳細描述。應當理解，以下的描述僅是對本發(fā)明的解釋，不構成對本發(fā)明的限制。參照附圖1，是本發(fā)明的結構示意圖，為了滿足可用于定向輻射超寬帶天線反射板的要求，本發(fā)明在超寬阻帶頻率選擇表面的基礎上設計了一種基于超寬阻帶頻率選擇表面的反射板。該反射板由印制在介質基板2上的m×n個頻率選擇表面單元2構成，該m×n個頻率選擇表面單元分別沿其所在的X、Y軸方向周期排布，其中m≥20、n≥20；相鄰頻率選擇表面單元的周期即中心間距為L，介質基板2為厚度是h的FR4材料。本發(fā)明的反射板通過改變頻率選擇表面單元的結構和尺寸，克服現(xiàn)有頻率選擇表面無法實現(xiàn)3倍頻以上工作帶寬的缺點，實現(xiàn)超寬帶天線對于其工作頻段電磁波的反射，同時又不影響其它頻段電磁波的傳播。參照附圖2，是本發(fā)明的頻率選擇表面單元2的結構示意圖，頻率選擇表面單元2包括鋸齒狀梭形十字貼片3和圓環(huán)貼片4，所述鋸齒狀梭形十字貼片3上設置有四角星縫隙5，且二者的中心重合，該四角星縫隙5的四個角與鋸齒狀梭形十字貼片3的四個臂的伸展方向相同；所述圓環(huán)貼片4數(shù)量設置為四個，且四個圓環(huán)貼片分別位于鋸齒狀梭形十字貼片3相鄰兩臂的正中間，并按圓環(huán)貼片外半徑由大到小順時針或逆時針依次排布，四個圓環(huán)貼片的中心位于以鋸齒狀梭形十字貼片3中心為圓心的圓上，應保證最大圓環(huán)貼片不與鋸齒狀梭形十字貼片3相接觸。將該頻率選擇表面單元沿其所在的X、Y軸方向周期排布，構成頻率選擇表面。參照附圖3，是本發(fā)明的鋸齒狀梭形十字貼片3的結構示意圖，本發(fā)明通過對傳統(tǒng)的方形貼片進行準分形處理，得到鋸齒狀梭形十字貼片3，該鋸齒狀梭形十字貼片3的四個臂長度相等，分別伸向45°、135°、225°、315°方向，相鄰兩臂頂點間距為l，其中l(wèi)<L；鋸齒寬度為w＝(1/10～1/16)l，鋸齒高度h1＝kw，其中0.65≤k≤0.75。與傳統(tǒng)方形貼片相比，鋸齒狀梭形十字貼片3可以在不改變單元幾何尺寸的情況下，有效地增加頻率選擇表面單元的電尺寸，即在與方形貼片具有相同電尺寸的情況下，鋸齒狀梭形十字貼片可以實現(xiàn)頻率選擇表面的小型化，從而可以實現(xiàn)頻率選擇表面的超寬阻帶特性，滿足了更多用戶的需要。參照附圖4，是本發(fā)明的四角星縫隙5的結構示意圖，為了實現(xiàn)頻率選擇表面阻帶和通帶之間的突變，在鋸齒狀梭形十字貼片3上設置四角星縫隙5，該四角星縫隙5相鄰兩角頂點間距為l1，且滿足6mm≤l1≤11.6mm；中心寬度為w1，w1滿足0.8mm≤w1≤2mm。四角星縫隙5與鋸齒狀梭形十字3的相對位置可參考附圖2。在鋸齒狀梭形十字3的中間設置四角星縫隙5，該設計不會影響頻率選擇表面的超寬阻帶特性，同時可以使工作頻帶兩端產生陡降，從而使阻帶和通帶之間的漸變頻率區(qū)間變窄，使原來處于漸變頻率區(qū)間的電磁波可以有效透過，實現(xiàn)本發(fā)明對超寬帶天線工作頻帶內電磁波的反射及對超寬帶天線工作頻帶外電磁波的透射。參照附圖5，是本發(fā)明圓環(huán)貼片4的結構示意圖，為了使頻率選擇表面在工作頻帶外具有更好的透射效果，設計了四個寬度在一定范圍內變化且外半徑等比縮減的圓形貼片4，該四個圓環(huán)貼片的寬度均為d，d的取值范圍為0.1mm≤d≤0.5mm，四個圓環(huán)貼片的外半徑分別為r1、r2、r3、r4，其中r1＝2～2.6mm，且滿足r2＝r1t、r3＝r1t2、r4＝r1t3，其中0.6≤t≤0.9。圓形貼片4與鋸齒狀梭形十字3的相對位置可參考附圖2。設置圓形貼片可提供新的諧振頻點，使頻率選擇表面對工作頻帶之外的電磁波具有更強的傳輸能力，從而避免定向輻射天線對周圍其他天線的電磁波產生影響。參照附圖6，是本發(fā)明在不同極化平面波照射下反射系數(shù)和透射系數(shù)的結果圖，其中6(a)為反射板在平面波以TE和TM兩種模式照射下的反射系數(shù)曲線；6(b)為本發(fā)明反射板在平面波以TE和TM兩種模式照射下的傳輸系數(shù)曲線，從圖中可以看出，本發(fā)明的反射板在TE和TM兩種模式下的-3dB阻帶帶寬為1.6GHz-6.2GHz，滿足超寬帶天線反射板3倍頻阻帶帶寬的要求。參照附圖7，是本發(fā)明在不同角度平面波照射下反射系數(shù)和透射系數(shù)的結果圖，7(a)為平面波分別以0°，15°，30°和40°照射時，本發(fā)明反射板的反射系數(shù)曲線；7(b)為平面波分別以0°，15°，30°和40°照射時，本發(fā)明反射板的傳輸系數(shù)曲線。從圖中可以看出，當平面波角度改變時，本發(fā)明反射板的工作頻率基本穩(wěn)定在1.7GHz-6.1GHz的頻帶內，相對帶寬為3.58倍頻。由此可以看出本發(fā)明可以在寬角域內保持穩(wěn)定的工作頻帶和頻率選擇特性。參照附圖8，是加載本發(fā)明反射板天線與加載金屬反射板天線阻抗帶寬對比圖，從圖8中可以看出，加載本發(fā)明后天線的阻抗帶寬為2-6.5GHz，與加載金屬反射板天線的阻抗帶寬類似，并且滿足超寬帶天線的要求。參照附圖9，是加載本發(fā)明反射板天線與加載金屬反射板天線軸比帶寬對比圖，從圖9可以看出，加載本發(fā)明后天線的軸比在2-7GHz頻帶內均小于3dB，即在此頻帶內天線具有良好的軸比特性，加載金屬反射板天線的軸比帶寬2-6.8GHz，天線加載本發(fā)明后的軸比帶寬有所增加。參照附圖10，是加載本發(fā)明反射板天線與加載金屬反射板天線增益方向圖對比圖，由圖10可見，加載本發(fā)明反射板天線的方向圖曲線與加載金屬反射板天線的方向圖曲線基本擬合，并且具有良好的定向輻射能力。以下給出本發(fā)明的反射板的不同實施例：實施例1：本發(fā)明的反射板由印制在介質基板2上的20×20個頻率選擇表面單元2構成，該20×20個頻率選擇表面單元分別沿其所在的X、Y軸方向周期排布，其工作頻率為1.7GHz-6.1GHz，其中相鄰反射板單元的中心間距L＝20mm。頻率選擇表面單元1包括鋸齒狀梭形十字貼片3和圓環(huán)貼片4，所述鋸齒狀梭形十字貼片3上設置有四角星縫隙5，且二者的中心重合，四角星縫隙5的四個角與鋸齒狀梭形十字貼片3的四個臂的伸展方向相同；所述圓環(huán)貼片4數(shù)量設置為四個，四個圓環(huán)貼片分別位于鋸齒狀梭形十字貼片3相鄰兩臂的正中間，并按圓環(huán)貼片外半徑由大到小順時針或逆時針依次排布，且四個圓環(huán)貼片的中心位于以齒狀梭形十字貼片中心為圓心的圓上，應保證最大圓環(huán)貼片不與鋸齒狀梭形十字貼片3相接觸。介質基板2采用厚度h＝3mm的FR4正方形板材，該FR4材料即為εr＝4.4的介電材料。為了實現(xiàn)頻率選擇表面的超寬阻帶特性，在保證貼片尺寸不會太大的前提下，有效地增加頻率選擇表面單元的電尺寸，對傳統(tǒng)的方形貼片進行準分形處理，得到本實例的鋸齒狀梭形十字貼片3；該鋸齒狀梭形十字貼片3的四個臂長度相等，分別伸向45°、135°、225°、315°方向，相鄰兩臂頂點間距為l＝19mm；鋸齒寬度為w＝1.5mm，鋸齒高度h1＝1mm。參照附圖4，為了實現(xiàn)頻率選擇表面阻帶和通帶之間的突變，在本實例的鋸齒狀梭形十字貼片3上設置四角星縫隙5，該四角星縫隙5相鄰兩角頂點間距l(xiāng)1＝10mm，中心寬度為w1＝1mm；本實例的四角星縫隙5不會破壞頻率選擇表面的超寬阻帶特性，同時可以使工作頻帶兩端產生陡降，從而在保證加載本發(fā)明的超寬帶天線正常工作的同時，不影響周圍其他天線的正常工作。為了使頻率選擇表面在工作頻帶外具有更好的透射效果，設計了四個寬度d＝0.2mm，且外半徑等比縮減的圓形貼片，其結構和分布可參考附圖4；最大的圓環(huán)貼片的外半徑r1＝2.5mm，圓環(huán)貼片外半徑的比例系數(shù)t＝0.8，則其余三個圓環(huán)貼片的外半徑分別為r2＝2mm，r3＝1.6mm，r4＝1.28mm。四個圓形貼片的加入，提供了新的諧振頻點，使頻率選擇表面對工作頻帶之外的電磁波具有更強的傳輸能力，從而在保證加載本發(fā)明的定向輻射天線正常工作的同時，不會對周圍其他天線的正常工作產生影響。實施例2:本實施例的設計原理、技術和方案與實施例1相同，本實施例的反射板由印制在介質基板2上的20×20個頻率選擇表面單元2構成，該20×20個頻率選擇表面單元分別沿其所在的X、Y軸方向周期排布，相鄰反射板單元的中心間距l(xiāng)＝20mm；介質基板2采用厚度h＝3mm的FR4正方形板材，該FR4材料即為εr＝4.4的介電材料；鋸齒狀梭形十字3相鄰兩臂頂點間距為l＝19mm。與實施例1相比，調整了以下相關參數(shù)，鋸齒寬度為w＝1.8mm，鋸齒高度h1＝1.17mm。最大的圓環(huán)的外半徑r1＝2mm，t＝0.6，則其余三個圓環(huán)的外半徑分別為r2＝1.2mm，r3＝0.72mm，r4＝0.43mm，圓環(huán)的寬度d＝0.1mm。四角星縫隙5相鄰兩角頂點間距l(xiāng)1＝11.6mm，中心寬度為w1＝2mm。通過以上調整，本發(fā)明反射板的工作頻率相應變?yōu)?.9GHz-5.7GHz，滿足3倍頻的帶寬需要。實施例3:本實施例的設計原理、技術和方案與實施例1相同，本實施例的反射板由印制在介質基板2上的20×20個頻率選擇表面單元2構成，該20×20個頻率選擇表面單元分別沿其所在的X、Y軸方向周期排布，相鄰反射板單元的中心間距l(xiāng)＝20mm；介質基板2采用厚度h＝3mm的FR4正方形板材，該FR4材料即為εr＝4.4的介電材料；鋸齒狀梭形十字3相鄰兩臂頂點間距為l＝19mm。與實施例1相比，調整了以下相關參數(shù)，鋸齒寬度為w＝1.12mm，鋸齒高度h1＝0.84mm。最大的圓環(huán)的外半徑r1＝2.6mm，t＝0.9，則其余三個圓環(huán)的外半徑分別為r2＝2.34mm，r3＝2.10mm，r4＝1.90mm，圓環(huán)的寬度d＝0.5mm。四角星縫隙5相鄰兩角頂點間距l(xiāng)1＝6mm，中心寬度為w1＝0.8mm。通過以上調整，本發(fā)明反射板的工作頻率相應變?yōu)?GHz-6GHz，滿足3倍頻的帶寬需要。通過對實施例1進行仿真得到本發(fā)明在不同極化和不同角度平面波照射下反射系數(shù)和透射系數(shù)的結果圖，參照附圖6和附圖7，可以看到本發(fā)明的反射板在TE和TM兩種模式下的-3dB阻帶帶寬為1.6GHz-6.2GHz，滿足超寬帶天線反射板3倍頻阻帶帶寬的要求；另外，當入射波角度改變時，本發(fā)明頻率選擇表面的工作頻率基本穩(wěn)定在1.7GHz-6.1GHz的頻帶內，即本發(fā)明可以在寬角域內保持穩(wěn)定的工作頻帶和頻率選擇特性。比較加載本發(fā)明反射板和加載金屬反射板天線的輻射性能，參照圖8、圖9和圖10，可以看出，加載本發(fā)明后，螺旋天線的阻抗帶寬為2-6.5GHz，與加載金屬反射板天線的阻抗帶寬類似；軸比帶寬為2-7GHz，較加載金屬反射板天線的阻抗帶寬有所增加；方向圖曲線與加載金屬反射板天線的方向圖曲線基本擬合，并且具有良好的定向輻射能力。以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，不構成對本發(fā)明的任何限制。顯然本領域的技術人員應當理解，對本發(fā)明的結構和參數(shù)進行修改，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍內。