ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ Российский патент 1994 года по МПК H01Q17/00 

Изобретение относится к радиотехнике УВЧ и СВЧ и может быть использовано во многих устройствах антенной техники, в системах ретрансляции, при электромагнитном экранировании высокочастотных установок и во многих других случаях.

Электродинамические свойства различных частотно-селективных поверхностей (ЧСП) характеризуются коэффициентами отражения R и прохождения Т, которые определяются через значения полей, отраженных или прошедших через ЧСП, на значительном удалении от поверхности. Можно выделить два характерных вида ЧСП:
1. В виде системы отдельных резонансных элементов.

2. Двойные сетчатые поверхности.

ЧСП первого типа представляют собой систему проволочных излучателей, расположенных в одной плоскости в виде двумерно периодической структуры. Размеры вибраторов подобраны таким образом, что они интенсивно возбуждаются в определенном интервале частот, где коэффициент отражения от ЧСП становится близким к 1, вне этого интервала частот величина коэффициента отражения уменьшается настолько, что поверхность становится "прозрачной" для падающих на нее электромагнитных волн (ЭМВ). Решеткам проволочных вибраторов дуальны перфорированные металлические поверхности, отверстия в которых имеют вид прямоугольных щелей. Такие структуры характеризуются тем, что в определенном интервале частот, соответствующем максимальному возбуждению щелей в металлическом экране, коэффициент прохождения ЧСП становится близким к 1 и в этой полосе частот ЧСП является неотражающей, "прозрачной" для ЭВМ. Частота резонанса f₁, на которой коэффициент прохождения Т близок к 1, определяется размерами щелей и периодичностью их расположения; полоса пропускания по уровню 0,7 (-3 дБ) составляет 20-30% ; угловые зависимости коэффициента прохождения определяются густотой решетки. Известно, что ЧСП такого типа имеют резонансное прохождение ЭВМ также на частотах примерно кратных частоте основного резонанса f_к ≈кf₁, где к - целое, но поскольку по мере увеличения кратности частот к, щели возбуждаются менее интенсивно, растут потери прохождения в точках максимумов (Т). Известно также, что ЧСП этого вида, образованные перфорированием одновременно двух двумерно периодических структур со щелями двух разных размеров, позволяют получить резонансное прохождение на двух частотах, определяемых размерами и периодичностью соответствующих отверстий.

Частотно-селективными свойствами обладают также двойные сетчатые поверхности с квадратной ячейкой. Резонансная частота f₂, на которой (Т) = 1, зависит от расстояния между сетками h и густоты сеток; с густотой сеток также связана полоса пропускания и зависимость (Т) от угла падения волны. Двухслойная сетчатая структура также обладает резонансами на частотах, приблизительно кратных основному резонансу f_к ≈ кf₂. Расчетные формулы и графики зависимостей (Т) от частоты, угла падения ЭВМ и густоты сеток приведены в известном техническом решении.

ЧСП типа двойной сетчатой поверхности из проводников с квадратной ячейкой является прототипом данного изобретения. Как следует из вышесказанного, недостаток прототипа состоит в том, что эта структура является одночастотной, т. е. имеет резонансное прохождение на частоте основного резонанса f₂, где реактивные импедансы плоских слоев сеток, размещенных на определенном расстоянии h, зависящем от густоты сеток, взаимно компенсируются. Вторичные (кратные) резонансы появляются на частотах, связанных с f₂ соотношением f_к ≈кf₂, где к - целое, причем, чем выше f_к, тем больше оказываются потери прохождения на этой частоте.

Целью настоящего изобретения является получение для структуры-прототипа, обеспечивающей селективное прохождение ЭВМ на частоте f₂, дополнительного резонансного прохождения на второй частоте f₁, причем f₁ и f₂ связаны не кратным, а заданным соотношением.

Эта цель достигается тем, что частотно-селективная поверхность, содержащая две плоские параллельные сетки из проводников с квадратными ячейками, выполнена с двумерно-периодической системой прямоугольных щелей в виде участков с удаленными проводниками. Этот существенный признак является необходимым, так как размеры щелей и расстояния между ними рассчитаны на пропускание полосы частот с резонансом на частоте f₁, для которой сетчатая ЧСП является хорошо отражающей. С другой стороны этот признак является достаточным, поскольку селективное пропускание на частоте f₂ обеспечивается подбором расстояния между плоскостями двух сеток с заданным размером ячейки.

В литературе данной совокупности признаков не было обнаружено.

На фиг. 1 изображена конструкция, состоящая из двух слоев (1 и 2) ЧСП резонансного типа. Каждый слой представляет собой решетку прямоугольных щелей, прорезанных в импендансной поверхности сетчатого типа, фрагмент которой обозначен 3.

На фиг. 2 детально изображен участок 3 структуры с прямоугольными щелями в сетках с квадратными ячейками.

ЧСП выполнена в виде двух слоев сеток из пересекающихся проводов с квадратными ячейками. Размер ячейки обозначен а, ширина полоски провода t; при этом а <<λ₁, λ₂; t < а, (λ= с/f). На частоте f₂ одиночный слой сетки отражает ЭВМ, но в двухслойной структуре при правильно выбранном расстоянии h между параллельными слоями отражения от первого и второго слоя компенсируют друг друга и результирующий коэффициент отражения R близок к 0, а коэффициент прохождения Т ≈1, т. е. волна с частотой f₂проходит через ЧСП практически без затухания. Каждый слой сетчатой поверхности выполнен с двумерно-периодической системой прямоугольных щелей. Ширина щели обозначена δ . Указанные на фиг. 2 размеры решетки щелей l₁, l₂ и l₃ являются резонансными на частоте f₁, а размеры l₂ и l₃определяют густоту щелевой решетки. На структуру падает плоская ЭВМ с частотами f₁ и f₂. Щели на фиг. 1 возбуждаются компонентой поля Е, ориентированной перпендикулярно щели (вдоль оси У). Благодаря тому, что а <<λ₁ и h << λ₁, коэффициент отражения каждого слоя сеток и сетчатой двухслойной ЧСП на частоте f₁ настолько близок к 1, что можно считать сетки отражающими практически как металлическая поверхность. В результате на частоте f₂ коэффициент прохождения ЭВМ через решетку щелей близок к 1. Поскольку щели прорезаны в сетчатой структуре, то длина щелей l₁, а также l₂ и l₃ должны быть кратны размеру ячейки, поэтому для получения резонанса щелевой ЧСП на заданной частоте f₁ необходимо иметь сетчатую структуру с соответствующим размером ячейки.

Изобретение относится к антенной технике. Цель изобретения - обеспечение работы на второй частоте - достигается выполнением двухкоординатной системы щелей в виде участков сетки с удаленными проводниками. 2 ил.

ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, содержащая две плоские параллельные сетки из проводников с квадратными ячейками, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения работы на второй частоте, сетки выполнены с двумерно-периодической системой прямоугольных щелей в виде участков сетки с удаленными проводниками.