用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面

专利2025-03-27  20


本发明属于射电天文学领域,更具体的说涉及用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面。


背景技术:

1、随着人们对探索外太空未知宇宙的需求不断增长,毫米和亚毫米波段的探测技术也得到了长足发展。卫星微波大气遥感需要高接收灵敏度的器件来探测微弱的大气分子辐射,而传统的空间滤波结构会带来不可接受的损耗,无法满足多频观测和高灵敏度高效率的射电源探测和快速识别要求。因此,国内外学者对于用于毫米和亚毫米波段信号接收的频率选择表面的性能进行了讨论和研究。

2、国内外现有的频率选择表面结构通常分为三大类:多模三维周期频率选择表面、印刷电路板(pcb)工艺频率选择表面、以及全金属频率选择表面。其中,多层级联的三维周期结构虽然可以达到较高的选择性,但相对整体尺寸较大,不方便实际应用;全金属类结构加工要求高价格贵,并且不易实现低通特性。故提出一种多层pcb工艺的低损耗双极化带通型频率选择表面。


技术实现思路

1、本发明基于毫米波射电天文望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面设计的通带内三个极点和带外一个传输零点以及叠层结构,使得该表面具有更小的插入损耗和更高的角度稳定性,优化改进更灵活,适用范围更广泛。

2、为了实现上述目的,本发明是采用以下技术方案实现的:所述的多层带通型频率选择表面结构包括:

3、第一金属层、第二金属层、第三金属层和每相邻两金属层之间的第一介质基板层和第二介质基板层;

4、所述的第一金属层,第一介质基板层,第二金属层,第二介质基板层和第三金属层依次叠加组合在一起构成多层带通型频率选择表面结构。

5、进一步地,所述第一金属层和第三金属层是完全相同的正方形金属贴片阵列,沿水平面二维周期排列。

6、进一步地,所述第二层金属层是由金属边框和中心旋转对称金属带条组成。

7、进一步地,所述第三层金属层和第二层介质基板层和所述第一层金属层和第一层介质基板层完全相同,并按水平镜像对称分布。

8、进一步地,所述第一和第三金属层形成开缝容性耦合。

9、进一步地,第二层金属边框和中心旋转对称金属带条分别控制频率选择表面通带中感性部分和传输零点。

10、进一步地,中心旋转对称金属带条采用小型化弯曲结构,既满足加工精度要求也达到带外传输零点设计标准。

11、进一步地,第一介质基板层和第二金属层之间采用半固化片进行粘合,并通过将同侧金属贴片边长调小来满足带宽和损耗要求。

12、本发明有益效果:

13、(1)本发明通过在第二金属层引入等效串联谐振结构来引入带外传输零点,并进一步通过调整所述金属结构来调零点位置,实现了低频k波段的通带特性和高频q波段的阻带特性;

14、(2)本发明通过使用多层介质基板并结合多谐振器达到展宽频带和多入射角度性能稳定的目的;

15、(3)通过中间金属层的结构设计小型化,满足通带所需要的中心频率、减小物理尺寸,从而实现这种低损耗、双极化、低频段的带通特性选择表面,适合用于射电天文领域的多频观测系统。



技术特征:

1.用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,其特征在于:所述的多层带通型频率选择表面结构包括:

2.如权利要求1所述的用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,其特征在于:所述第一金属层(2)和第三金属层(6)是完全相同的正方形金属贴片阵列,沿水平面二维周期排列。

3.如权利要求1所述的用于毫米波射电天文望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,其特征在于:所述第二层金属层(4)是由金属边框(9)和中心旋转对称金属带条(10)组成。

4.如权利要求1所述的用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,其特征在于:所述第三层金属层(6)和第二层介质基板层(5)和所述第一层金属层(2)和第一层介质基板层(3)完全相同,并按水平镜像对称分布。

5.如权利要求2所述的用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,其特征在于:阵列方形贴片(7)具有容性耦合特性,金属丝网格(8)具有电感耦合特性。

6.如权利要求3所述的用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,其特征在于:第二层金属边框(9)和中心旋转对称金属带条(10)分别控制频率选择表面通带中感性部分和传输零点。

7.如权利要求3所述的用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,其特征还在于:中心旋转对称金属带条(10)采用小型化弯曲结构,既满足加工精度要求也达到带外传输零点设计标准。

8.如权利要求1所述的用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,其特征在于:第一介质基板层(3)和第二金属层(4)之间采用半固化片进行粘合,并通过将同侧金属贴片边长调小来满足带宽和损耗要求。


技术总结
本发明公开了用于射电望远镜的双极化低插损平坦型带通频率选择表面,这种频率选择表面包括三个金属层和两个介质基板层。另外,本发明也灵活地采用了开缝容性耦合,金属边框和旋转对称金属带条来控制频率选择表面的通带范围和零点的传输效果。而且,利用小型化弯曲结构优化设计,不仅满足工艺加工精度的要求,还能够达到优秀的带外传输零点设计标准。最后,半固化片的应用和金属贴片边长调整的策略,使得带宽和损耗要求得到满足。此项发明提供了一个高效,低损耗的频率选择解决方案,具有广泛的应用前景。

技术研发人员:仲伟业,张会,马佳,张超,徐之遐,佟金烨
受保护的技术使用者:中国科学院上海天文台
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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