双金属层三阻带频率选择表面在Sub-6 GHz 5G通信中的电磁屏蔽应用研究

针对5G Sub-6 GHz频段多设备电磁干扰（EMI）问题，研究人员设计了一种双金属层三阻带频率选择表面（FSS）。该结构通过矩形/三角形螺旋电感臂与电感栅耦合，实现了NR n39/40、LTE 42/43和LTE 46频段的稳定屏蔽（带宽分别达500/500/950 MHz），尺寸仅0.039λ×0.039λ且角度稳定性达83°。其创新性在于无需金属通孔即实现33%的尺寸缩减，为5G通信设备提供低成本、易加工的EMI解决方案。

　　

随着5G技术在全球范围内的快速部署，Sub-6 GHz频段因其兼具覆盖范围与传输速率的优势，成为中频段5G通信的核心频谱资源。然而，国际电信联盟（ITU）划分的3.4-3.6 GHz（C波段）、LTE 46（5.15-5.925 GHz）等频段在密集网络环境中面临严峻的电磁干扰（EMI）挑战。传统金属屏蔽会阻断所有频段信号，而普通频率选择表面（FSS）存在尺寸大、角度稳定性差等问题，难以满足5G设备对紧凑型电磁兼容解决方案的需求。

针对这一技术瓶颈，国内研究人员在《Results in Engineering》发表了一项创新研究，提出了一种基于双金属层结构的超紧凑三阻带FSS设计。该团队通过将矩形螺旋电感臂（RSIA）与三角形螺旋电感臂（TSIA）分别集成在FR-4介质基板（ε_r=4.4）的上下表面，并引入电感栅耦合机制，成功实现了1.98/3.5/5.6 GHz三个传输零点（TZ），覆盖全部目标频段。

关键技术方法包括：1）采用HFSS软件进行单元细胞仿真，结合Floquet端口模拟无限周期结构；2）通过等效电路模型（ECM）解析电磁特性，优化LC参数；3）制作30×30阵列（180×180 mm²）实物样品，在微波暗室中使用1-9.3 GHz多频段喇叭天线测试传输特性。

研究结果展现出四大突破性特征：

1. 微型化设计：6×6 mm²单元尺寸（0.039λ×0.039λ）较文献同类设计缩小33%，通过螺旋臂中心互联延长电流路径实现电尺寸缩减，避免使用复杂金属通孔。
2. 三阻带特性：实测在1.94-2.49/3.4-3.85/4.9-6 GHz实现<-10 dB衰减，对应NR n39/40、LTE 42/43和LTE 46频段，最大屏蔽效能（SE）达30.7 dB。
3. 角度稳定性：在83°极限入射角下，TE/TM极化频偏<0.89%，归因于四重旋转对称结构有效抑制表面波散射。
4. 极化无关性：等效电路分析显示顶层RSIA主导3.5 GHz谐振，底层TSIA调控1.98/5.6 GHz谐振，双金属层协同工作确保任意极化波稳定响应。

这项研究的重要意义在于：首先，提出的2D FSS结构通过简单工艺实现2.5D结构的性能，显著降低制造成本；其次，1:1.76:2.82的频率比设计为多频段协同屏蔽提供新思路；最后，实测与仿真高度吻合验证了设计可靠性，为5G基站、终端设备的EMC设计提供可直接产业化的解决方案。未来可通过优化介质材料（如低损耗陶瓷）进一步提升高频段品质因数。