本发明涉及一种适用于过滤多个频段的表面,所述表面包括一组分开的且相同的基本导电单元(31),所述基本导电单元在介电基板(10)上以周期性布置方式被重复。所述基本单元包括:三极,所述三极由从中心(14)放射状地延伸的三个相同的段(12)组成;以及两个臂(32),所述两个臂从各个段的中点对称地延伸,所述中点位于各个段(12)的距所述中心(14)相同的距离(Db)处。所述两个臂的大体方向形成约120°的角并且限定指向外侧的箭头,其中,对应于两个不同的段(12)的所述臂(32)不相交。
1.一种能够过滤多个频段的表面,所述表面包括根据在介电支撑件(10)上的周期性布局而重复的一组分开的且相同的基本导电图案(31、51、61、71、81、91),所述基本图案包括:三极,所述三极由从中心(14)以星形延伸的三个相同的段(12)形成;以及两个分支(32、72),所述两个分支从各个段的中点对称地延伸,所述中点位于各个段(12)的距中心(14)相同的距离(D_b)处,所述两个分支的大体方向形成120°的角并且限定指向外侧的箭头,与两个不同的段(12)关联的所述分支(32、72)是不交叉的,通过沿着各个段(12)的方向平移来重复所述基本图案,使得图案的各个段的端部与相邻的图案的中心分开相同的距离(D_m)。
2.根据权利要求1所述的表面,其中,所述三极的所述段(12)的两两之间形成120°的角。
3.根据权利要求1或2所述的表面,其中,所述基本图案(51、61、71、81、91)还包括从各个段(12)的端部对称地延伸的两个相同的第一翼片(52),所述第一翼片(52)形成120°的角并且限定指向所述图案的外侧的箭头。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的表面,其中,所述基本图案(51、61、71、81、91)还包括两个相同的第二翼片(54、64),所述第二翼片(54、64)从各个分支(32、72)的自由端延伸,各个第二翼片与所述分支的大体方向形成60°的角。
5.根据权利要求4所述的表面,其中,各个分支的所述第二翼片(54)相互形成120°的角并且限定指向所述图案的外侧的箭头。
6.根据权利要求4所述的表面,其中,各个分支(32、72)的所述第二翼片(64)沿着相同的方向对齐,所述方向与所述分支起始的所述段(12)的方向相交。
7.根据权利要求1或2所述的表面,其中,所述分支(72)包括沿着与所述分支的大体方向相交的方向的至少一个垛口状延伸。
8.根据权利要求1或2所述的表面,所述表面能够过滤分别以0.9GHz、
1.8GHz和2.1GHz为中心的三个频段。
9.根据权利要求1或2所述的表面,所述表面能够过滤分别以2.4GHz和
5.4GHz为中心的两个频段。
10.根据权利要求1或2所述的表面,其中,所述介电支撑件为纸类型的支撑件以及所述导电图案通过用导电油墨印刷而形成。
11.根据权利要求10所述的表面,其中,所述介电支撑件为硬纸板类型的支撑件。
12.一种根据权利要求1到11中任一项所述的表面用以过滤位于0.9GHz到5.4GHz的范围内的三个频段的用途,其中,基本图案的总体尺寸的范围为从1厘米到10厘米,调整所述段、分支和翼片中的每一个的长度以选择这三个目标频段。技术领域
本公开涉及一种频率选择性表面,也就是说,涉及一种能够屏蔽属于一定频段的电磁波的表面。
背景技术
频率选择性表面在本领域中通常被称为FSS。频率选择性表面包括一组相同的基本导电图案,这些导电图案根据在介电支撑件的表面上的周期性布局而重复。基本图案的形状和尺寸、周期性布局的布置、以及图案的导电材料的特性和支撑件的介电材料的特性为决定表面的过滤性能的主要因素。一种目标应用涉及建筑物或者建筑物的房间对某些电磁波的选择性屏蔽。通常期望被过滤的频率尤其包括GSM类型的移动电话系统的载波频率(0.9GHz、1.8GHz和2.1GHz)、以及Wi-Fi类型的无线计算机网络系统的载波频率(2.4GHz和5.4GHz)。介电支撑件可以为基于环氧树脂或者基于塑料的基板,根据类似于印刷电路制造方法的制造方法,通过沉积导电层在该基板上形成导电图案。还设置成例如通过用导电油墨印刷直接在纸类型或者硬纸板类型的支撑件上形成频率选择性表面。该最后的实施方式尤其具有显著降低这种表面的成本的优点。图1为示意性地示出频率选择性表面的基本导电图案1的俯视图。在介电支撑件10的表面上形成的图案1为由长度为L_s的三个相同的段12a、段12b和片段12c形成的三极,这三个段从中心14以星形延伸。段12a到段12c两两之间(two-by-two)形成约120°的角。图2为示意性地示出通过根据在介电支撑件10上的周期性布局重复图1的基本图案1而形成的频率选择性表面的一部分的俯视图。通过沿着三极的段12a到段12c的每一个的方向的平移来重复图案1,从而使得图案的各个段的外端与相邻的图案的中心分离相同的非零距离D_m。重复平移直到其覆盖整个目标表面。由此形成的表面具有谐振频率,该谐振频率主要取决于相对于三极的段的长度L_s和相邻图案之间的距离D_m的参数。这种表面具有过滤属于以其谐振频率为中心的频段的电磁波的性能。过滤效率还取决于图案的宽度W和厚度(图中未示出),以及介电支撑件10的厚度(图中未示出)。结合图1和图2中所描述的频率选择性表面的缺点为,其频率响应取决于电磁波相对于表面的入射角以及入射的电磁波的偏振。此外,该表面仅能够过滤以其谐振频率为中心的单一频段。因此,为了过滤不同的频段,例如GSM频率(约0.9GHz、1.8GHz、和2.1GHz)和/或Wi-Fi频率(约2.4GHz和5.4GHz),需要堆叠适用于各个目标频段的频率选择性表面。
发明内容
因此,本发明的实施方式的目的是提供一种克服现有方案的缺点中的至少一些的频率选择性表面。本发明的实施方式的目的是提供这样的表面,该表面具有独立于入射电磁波的入射角和偏振的过滤性能。本发明的实施方式的目的是提供这样的表面,该表面能够过滤多个不同的频段。本发明的实施方式的目的是提供这样的表面,该表面具有相对较低的导电图案覆盖率。因此,本发明的实施方式提供了一种能够过滤多个频段的表面,该表面包括根据在介电支撑件上的周期性布局而重复的一组分开的且相同的基本导电图案,该基本图案包括:三极,所述三极由从中心以星形延伸的三个相同的段形成;以及两个分支,所述两个分支从各个段的中点对称地延伸,该中点位于各个段的距中心相同的距离处,所述两个分支的大体方向形成约120°的角并且限定指向外侧的箭头,与两个不同的段关联的分支是不交叉的。根据本发明的实施方式,所述三极的所述段的两两之间形成约120°的角。根据本发明的实施方式,所述基本图案还包括从各个段的端部对称地延伸的两个相同的第一翼片,所述第一翼片形成约120°的角并且限定朝向图案的外侧定向的箭头。根据本发明的实施方式,所述基本图案还包括从各个分支的自由端延伸的两个相同的第二翼片,各个第二翼片与分支的大体方向形成约60°的角。根据本发明的实施方式,各个分支的所述第二翼片相互形成约120°的角并且限定朝向图案的外侧定向的箭头。根据本发明的实施方式,各个分支的所述第二翼片沿着相同的方向对齐,该方向与所述分支起始的所述段的方向相交。根据本发明的实施方式,所述分支包括沿着与所述分支的大体方向相交的方向的至少一个垛口状延伸。根据本发明的实施方式,通过沿着所述三极的各个段的方向平移来重复所述基本图案,使得图案的各个段的端部与相邻的图案的中心分开相同的距离。根据本发明的实施方式,所述表面能够过滤分别以0.9GHz、1.8GHz和2.1GHz为中心的三个频段。根据本发明的实施方式,所述表面能够过滤分别以2.4GHz和5.4GHz为中心的两个频段。根据本发明的实施方式,所述介电支撑件为纸类型或者硬纸板类型的支撑件以及所述导电图案通过用导电油墨印刷而形成。本发明的另一实施方式提供了上述表面过滤位于0.9GHz到5.4GHz的范围内的三个频段的用途,其中,基本图案的总体尺寸的范围约为从1厘米到10厘米,调整这些段、分支和翼片中的每一个的长度以选择三个目标频段。
附图说明
结合附图在以下具体实施方式的非限制性描述中将详细讨论本发明的上述的和其他的目的、特征和优点,其中:如上文所述,图1为示意性地示出频率选择性表面的基本导电图案的的俯视图;如上文所述,图2为示意性地示出通过重复图1的基本图案而形成的频率选择性表面的一部分的俯视图;图3为示意性地示出频率选择性表面的基本导电图案的实施方式的俯视图;图4为示意性地示出通过重复图3的基本图案而形成的频率选择性表面的一部分的俯视图;图5到图9为示出图3的基本导电图案的不同的替选实施方式的简化的俯视图;以及图10为示出从图5的基本图案形成的表面对于具有不同的入射角的基本波的频率响应的图示。
具体实施方式
为清楚起见,在不同的附图中用相同的附图标记标示相同的元件,此外,各个附图不按比例绘制。图3为示意性地示出频率选择性表面的基本导电图案31的实施方式的俯视图。作为示例,导电材料可以为铝、金、铜、银、碳、铁、铂、石墨或者这些材料中的多个材料的导电合金。通常,材料的导电性越高,通过表面实现的过滤越好。在介电支撑件10的表面上形成的图案31包括由长度为L_s的三个近似相同的段12a、段12b和段12c形成的基本三极,这些段从中心14以星形延伸。段12a到段12c两两之间形成约120°的角,例如,该角度的范围为110°和130°之间。图案31还包括,对于段12a、段12b、段12c中的每一个,两个基本上相同的分支分别为32a1和32a2、32b1和32b2、以及32c1和32c2,相对于段的方向基本上对称地从段的中点延伸。在该示例中,分支32具有长度为L_b的杆的形状。在各个段12上,中点大约位于距离中心14相同的距离D_b。两个分支32的大体方向形成约120°的角,例如,该角度的范围在110°和130°之间,并且限定朝向图案的外侧定向的箭头。此外,与两个不同的段12关联的分支32是不交叉的。图4为示意性地示出通过根据在介电支撑件10上的周期性布局重复图3的基本图案31而形成的频率选择性表面的实施方式的一部分的俯视图。通过沿着基本三极的段12a到段12c的每一个的方向平移来重复图案31,从而使得图案31的各个段的外端与相邻的图案31的中心14分离相同的非零距离D_m。重复平移操作直到整个目标表面被覆盖。应当注意,选定基本图案的尺寸和距离D_m的尺寸使得基本图案是分开的。由此形成的表面的频率响应主要取决于段12的长度L_s、分支32的长度L_b、在段12的分支32的中间起始点和图案的中心14之间的距离D_b、以及在相邻图案之间的距离D_m。本发明人发现,这种表面具有三个主谐振频率。第一谐振频率主要取决于段12的长度L_s和相邻图案之间的距离D_m。第二谐振频率主要取决于分支32的长度L_b和在图案的中心14和段12的中点之间的距离D_b,该分支开始于段12的中点。第三谐振频率取决于所有上述参数。这种表面具有过滤属于以其三个主谐振频率为中心的三个不同的频段的电磁波的性能。实际上,模拟软件用来通过执行渐进式调整来测试不同组合的参数以获取适用于目标频段的一组参数。在图4的实施方式中,第一谐振频率和第二谐振频率的设定相对容易,但是难以调整第三谐振频率而不改变第一谐振频率和第二谐振频率。此外,图4的表面的三个谐振频率仍稍微依赖于电磁波的入射角和偏振。图5为示意性地示出频率选择性表面的基本导电图案51的另一实施方式的俯视图。图案51示出图3的图案31的所有元件。图案51还包括长度为L_as的两个基本相同的翼片,该翼片分别为52a1和52a2、52b1和52b2、以及52c1和52c2,这些翼片相对于段的方向基本上对称地从各个段12的外端延伸。各个段12的翼片52相互形成约120°的角,例如,该角度的范围在110°和130°之间,并且限定朝向图案的外侧定向的箭头。在实施方式中,图案51还包括长度为L_ab的两个基本相同的翼片,该翼片分别为54a11和54a12、54a21和54a22、54b11和54b12、54b21和54b22、54c11和54c12、以及54c21和54c22,这些翼片相对于分支的大体方向基本上对称地从各个分支32的外端(在分支的与其起始的段相对的一侧上)延伸。各个分支32的翼片54相互形成约120°的角,例如,该角度的范围在110°和130°之间,并且限定指向外侧的箭头。该图案尺寸被选定使得与不同的段或者分支关联的翼片不交叉并且不与图案的其他段和分支交叉。图5以虚线示出对应于图案51沿着图案51的段12a的方向平移的图案51"的一部分。在该示例中,最接近图案51的中心14的图案51"的段的翼片52被定位于通过图案51的段12b和段12c以及图案51的分支32b2和分支32c1所限定的空间中。图案51的中心14与最接近的段12的端部分离非零距离D_m。应当理解,通过根据结合图4描述的类型的周期性布局沿着其他段12的方向平移,而类似地形成频率选择性表面的其他图案(未示出)。由此形成的表面具有三个不同的主谐振频率。这三个谐振频率独立于电磁波的入射角和偏振。此外,相对于翼片52和翼片54的长度的附加参数L_as和参数L_ab的引入增大了谐振频率设定的可能性。基本图案的充分的交织被视为有助于确保独立于电磁波的入射角和偏振的表面的性能。因此,这将确保使参数D_m相对于相邻图案之间的距离保持相对较低。图6为示意性地示出图5的基本导电图案的替选实施方式的俯视图。图6的图案61与图5的图案的区别在于与分支32关联的翼片的方向。在图案61中,与分支32关联的两个相同的翼片64(分别为64a11和64a12、64a21和64a22、64b11和64b12、64b21和64b22、64c11和64c12、以及64c21和64c22)均与分支的大体方向形成约60°的角,例如,该角度的范围在55°和65°之间,并且沿着相同的方向基本对齐,该方向与段12的方向相交,分支32起始于该段12。如同图5的图案51,图案61提供了具有三个谐振频率的表面。其尤其能够获得与从图案51获得的谐振频率不同的谐振频率,并且具有与图案51相同的对于电磁波的方向和偏振的设定可能性以及相同的不灵敏性。图7为示意性地示出图6的基本导电图案的替选实施方式的俯视图。图7的图案71与图6的图案的区别为起始于段12的分支的形状。图案71包括两个分支72(分别为72a1和72a2、72b1和72b2、以及72c1和72c2),这些分支沿着与图6的图案的分支32大体相同的方向从各个段12的中点延伸。然而,与图6的图案的分支32不同,分支72包括高度为H_c的垛口状延伸,该垛口状延伸沿着与分支的大体方向近似正交的方向朝向图案的外侧延伸。如同图6的图案61,图案71提供了具有三个谐振频率的表面。在分支72上提供的垛口状延伸能够更大地改变分支的长度,这增大了谐振频率设定可能性。此外,与图5的图案51和图6的图案61同样地,从图案71获得的表面的谐振频率对电磁波的方向和偏振不敏感。作为示例,通过根据结合图4描述的类型的周期性布局重复图案71,发明人通过采用以下参数已经获得能够屏蔽约0.9GHz和1.8GHz的频率的表面。xa0xa0参数
xa0xa0L_s
xa0xa0D_b
xa0xa0D_m
xa0xa0L_b
xa0xa0W
xa0xa0L_as
xa0xa0L_ab
xa0xa0H_c
xa0xa0值(mm)
xa0xa025
xa0xa09.1
xa0xa00.75
xa0xa07.5
xa0xa00.5
xa0xa04
xa0xa05.75
xa0xa05.9
发明人通过采用以下参数还获得能够屏蔽约2.4GHz和5.4GHz的频率的表面。xa0xa0参数
xa0xa0L_s
xa0xa0D_b
xa0xa0D_m
xa0xa0L_b
xa0xa0W
xa0xa0L_as
xa0xa0L_ab
xa0xa0H_c
xa0xa0值(mm)
xa0xa09.6
xa0xa03.6
xa0xa00.5
xa0xa02.9
xa0xa00.25
xa0xa02
xa0xa01.6
xa0xa01.8
上述两个示例不考虑第三谐振频率,但是第三谐振频率存在。图8为示意性地示出图7的基本导电图案的替选实施方式的俯视图。在图8的图案81中,起始于基本三极的段的各个分支包括高度为Hc的三个垛口状延伸,该垛口状延伸沿着与分支的大体方向近似正交的方向朝向图案的外侧延伸。作为示例,通过根据结合图4描述的类型的周期性布局重复图案81,发明人通过采用以下参数已经获得能够屏蔽约0.9GHz、1.8GHz和2.1GHz的频率的表面。xa0xa0参数
xa0xa0L_s
xa0xa0D_b
xa0xa0D_m
xa0xa0L_b
xa0xa0W
xa0xa0L_as
xa0xa0L_ab
xa0xa0H_c
xa0xa0值(mm)
xa0xa028.8
xa0xa09.8
xa0xa00.5
xa0xa08.8
xa0xa00.5
xa0xa06.3
xa0xa00.05
xa0xa05
图9为示意性地示出图8的基本导电图案的替选实施方式的俯视图。在图9的图案91中,起始于基本三极的段的各个分支包括不同高度的垛口状延伸,该垛口状延伸沿着与分支的大体方向近似正交的方向交替地朝向图案的外侧和内侧延伸。此外,在图案91中,与分支关联的翼片以如图5的图案51中的箭头形式布置。图10为示出对于具有不同入射角的电磁波,通过重复图5的基本图案51而形成的表面的传输因子(以分贝为单位)根据频率的变化的图示。曲线101、曲线102和曲线103示出对于沿着与正交于表面平面的方向分别形成0°、30°和60°的角的方向定向的电磁波,表面的频率响应。选定参数使得表面具有三个不同的谐振频率,这三个谐振频率分别为约0.9GHz、1.8GHz和2.1GHz。图10的图示示出对应于曲线101、曲线102、曲线103的负峰值的表面的谐振频率独立于波的入射角。还应当注意,谐振频率也独立于波的偏振。根据优选的实施方式,上文描述的频率选择性表面在纸类型或者硬纸板类型的支撑件上形成,例如,在壁纸上、在纸或者内衬有硬纸板的硬纸板内衬的石膏板上,或者在能够内衬于建筑物的房间的墙壁的任何其他支撑件上。导电图案是例如通过用导电油墨印刷而形成的。根据上述频率选择性表面的优点,导电图案的覆盖率相对较低,例如,小于15%。这能够保持这种表面的相对较低的制造成本。已经描述了本发明的特定实施方式。本领域的技术人员可以容易地想到各种变更、修改和改进。尤其是,结合图7至图9描述的基本导电图案可产生多个变型。然而,对于这些图案的每一个,可以选择以如结合图5描述的箭头的形式或者如结合图6描述的沿着相同方向对齐的形式来布置与图案的分支关联的翼片。此外,在本领域的技术人员的能力范围内,可以通过改变图案分支形成的垛口状延伸的数量、方向和取向来实现所需的操作。此外,在结合图3到图9描述的基本图案中,可以再次产生起始于主分支(32、72)的对称分支以增大谐振频率设定的可能性。