本發(fā)明涉及無線通信，具體而言，涉及一種超表面單元及具有其的雙頻段屏蔽的超表面結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、目前，隨著無線通信的快速發(fā)展，電磁輻射帶來的環(huán)境問題越來越不可忽視，大量互相靠近的無線設(shè)備還會產(chǎn)生電磁干擾，以至于影響各個設(shè)備的工作性能。因此，需要電磁屏蔽來抑制這些干擾，尤其在一些特定的環(huán)境中，如特殊的研究中心、醫(yī)院、軍事設(shè)施等，屏蔽信號更是必要的。和靜電屏蔽、靜磁屏蔽不同的是，微波頻段的屏蔽屬于高頻電磁場屏蔽，往往僅需薄薄的一層就可以屏蔽射頻頻段的電磁波。但面對電磁干擾給設(shè)備和環(huán)境帶來的各種電磁兼容問題，有必要在金屬罩的基礎(chǔ)上引入新的材料和結(jié)構(gòu)，有選擇性的對電磁波進行屏蔽。

2、在過去的幾十年中，經(jīng)常使用的高性能屏蔽材料包括金屬膜、寬帶吸收體以及超表面等。近年來，用于調(diào)節(jié)和選擇特定頻率電磁波的人工材料超表面在研究中取得了重大進展。頻率選擇表面(frequency?selective?surface：fss)作為一種新型的超表面，具有成本低、屏蔽效果好、加工方便等優(yōu)點。由于頻率選擇表面在雷達隱身技術(shù)中的重要性，一直備受關(guān)注。目前還主要應(yīng)用在微波器件的電磁屏蔽和車載通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。

3、然而，對于常規(guī)尺寸的頻率選擇表面單元來說，在大角度斜入射下其性能通常會有極大變化的情況，進而導致其屏蔽性能不夠好以及角度穩(wěn)定性不夠高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種超表面單元及具有其的雙頻段屏蔽的超表面結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的頻率選擇表面單元在大角度斜入射下屏蔽性能較差的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種超表面單元，包括：介質(zhì)基底；金屬層，設(shè)置在介質(zhì)基底上，金屬層包括外部結(jié)構(gòu)和設(shè)置在外部結(jié)構(gòu)內(nèi)部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在外部結(jié)構(gòu)的中心處的主環(huán)段和沿主環(huán)段的周向方向間隔設(shè)置的至少三個第一金屬段，相鄰兩個第一金屬段之間均設(shè)有第二金屬段，以使內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)；其中，金屬層的相關(guān)參數(shù)可調(diào)節(jié)地設(shè)置。

3、進一步地，第一金屬段的長度取值范圍lm滿足：2.3mm≤lm≤2.5mm。

4、進一步地，在相鄰兩個超表面單元中，兩個外部結(jié)構(gòu)之間的預設(shè)間距可調(diào)節(jié)地設(shè)置；其中，預設(shè)間距s滿足：0.2mm≤s≤0.6mm。

5、進一步地，主環(huán)段為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，主環(huán)段的半徑取值rs滿足：0.4mm≤rs≤1mm。

6、進一步地，第二金屬段包括兩個圓弧分段，兩個圓弧分段的一端分別對應(yīng)與兩個第一金屬段連接，兩個圓弧分段的另一端分別設(shè)有固定分段且相互連接，以形成對稱結(jié)構(gòu)。

7、進一步地，圓弧分段的直徑取值la滿足：2mm≤la≤2.2mm；和/或，固定分段為圓形結(jié)構(gòu)，固定分段的半徑取值lb滿足：0.1mm≤lb≤1mm。

8、進一步地，外部結(jié)構(gòu)為正六邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)；其中，外部結(jié)構(gòu)的各邊厚度取值w滿足：0.2mm≤w≤0.6mm；和/或，介質(zhì)基底為正六邊形板狀結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基底的各邊長度取值l滿足：8mm≤l≤10mm。

9、進一步地，介質(zhì)基底的厚度取值h滿足：2mm≤h≤4mm。

10、進一步地，主環(huán)段、第一金屬段和第二金屬段為一體成型結(jié)構(gòu)。

11、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種雙頻段屏蔽的超表面結(jié)構(gòu)，包括多個上述所提及的超表面單元，多個超表面單元呈蜂窩型結(jié)構(gòu)排列。

12、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，超表面單元包括介質(zhì)基底和金屬層；金屬層設(shè)置在介質(zhì)基底上，金屬層包括外部結(jié)構(gòu)和設(shè)置在外部結(jié)構(gòu)內(nèi)部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在外部結(jié)構(gòu)的中心處的主環(huán)段和沿主環(huán)段的周向方向間隔設(shè)置的至少三個第一金屬段，相鄰兩個第一金屬段之間均設(shè)有第二金屬段，以使內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)；其中，金屬層的相關(guān)參數(shù)可調(diào)節(jié)地設(shè)置。上述設(shè)置，整個超表面單元的等效電路的介質(zhì)基底可以等效為阻抗，而金屬層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)可以分別等效為兩個串聯(lián)諧振的并聯(lián)電路；其中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效為電感，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主環(huán)段與第二金屬段之間的間距以及主環(huán)段的內(nèi)周壁之間的間距等效為電容，以構(gòu)成一個串聯(lián)諧振，而通過調(diào)節(jié)第一金屬段的長度即可調(diào)節(jié)主環(huán)段與第二金屬段之間的間距，以及調(diào)節(jié)主環(huán)段的半徑大小，以實現(xiàn)調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)。這樣，外部結(jié)構(gòu)以用于控制較低頻段，內(nèi)部結(jié)構(gòu)用于控制較高頻段，通過更換不同相對介電常數(shù)或不同厚度的介質(zhì)基底，或者通過調(diào)整金屬層的相關(guān)參數(shù)，以此達到對任意目標頻段的屏蔽效果，以實現(xiàn)可選擇性地屏蔽特定頻段的微波信號，且具有屏蔽性能好、偏振不敏感和極高角度穩(wěn)定性等特點，結(jié)構(gòu)小型化且簡單美觀，進而解決了現(xiàn)有技術(shù)中的頻率選擇表面單元在大角度斜入射下屏蔽性能較差的問題。

技術(shù)特征：

1.一種超表面單元，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，所述第一金屬段(42)的長度取值范圍lm滿足：2.3mm≤lm≤2.5mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，在相鄰兩個所述超表面單元中，兩個所述外部結(jié)構(gòu)(30)之間的預設(shè)間距可調(diào)節(jié)地設(shè)置；其中，所述預設(shè)間距s滿足：0.2mm≤s≤0.6mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，所述主環(huán)段(41)為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述主環(huán)段(41)的半徑取值rs滿足：0.4mm≤rs≤1mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，所述第二金屬段(43)包括兩個圓弧分段(430)，兩個所述圓弧分段(430)的一端分別對應(yīng)與兩個所述第一金屬段(42)連接，兩個所述圓弧分段(430)的另一端分別設(shè)有固定分段(431)且相互連接，以形成對稱結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超表面單元，其特征在于，所述圓弧分段(430)的直徑取值la滿足：2mm≤la≤2.2mm；和/或，

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，所述外部結(jié)構(gòu)(30)為正六邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)；其中，所述外部結(jié)構(gòu)(30)的各邊厚度取值w滿足：0.2mm≤w≤0.6mm；和/或，

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，所述介質(zhì)基底(10)的厚度取值h滿足：2mm≤h≤4mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面單元，其特征在于，所述主環(huán)段(41)、所述第一金屬段(42)和所述第二金屬段(43)為一體成型結(jié)構(gòu)。

10.一種雙頻段屏蔽的超表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括多個權(quán)利要求1至9中任一項所述的超表面單元，多個所述超表面單元呈蜂窩型結(jié)構(gòu)排列。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種超表面單元及具有其的雙頻段屏蔽的超表面結(jié)構(gòu)，超表面單元包括：介質(zhì)基底；金屬層，設(shè)置在介質(zhì)基底上，金屬層包括外部結(jié)構(gòu)和設(shè)置在外部結(jié)構(gòu)內(nèi)部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在外部結(jié)構(gòu)的中心處的主環(huán)段和沿主環(huán)段的周向方向間隔設(shè)置的至少三個第一金屬段，相鄰兩個第一金屬段之間均設(shè)有第二金屬段，以使內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)；其中，金屬層的相關(guān)參數(shù)可調(diào)節(jié)地設(shè)置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的頻率選擇表面單元在大角度斜入射下屏蔽性能較差的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：彭清越,趙冬,李陽
受保護的技術(shù)使用者：中國電信股份有限公司衛(wèi)星通信分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26