基于开口环谐振器的多频带频率选择表面的设计与应用

发布时间：2018-02-09 14:23

本文关键词： 频率选择表面开口环谐振器双频带多频带超材料　出处：《华东交通大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：现代信息技术和无线通信网络如今已经步入快速发展的时代，出现了诸如4G通信（LTE）、无线应用通讯协议（WAP）、室内无线局域网（WLAN）、蓝牙系统（Blueteeth）、全球互通微波存取（WiMax）以及全球定位系统（GPS）等，这些发展大大提高了人们生产能力以及生活水平的大幅提升，因此也越来越受到人们的青睐。频率选择表面（FSS）在军事和民用领域都有着十分广泛的应用，因此其多频特性研究也广受关注。同时，为了提升通信质量，提高抗相邻信号的干扰能力，高选择性的FSS同样也越来越重要。本论文以作者在硕士阶段学习时所承担的课题工作为基础，对频率选择表面的多频带特性进行了系统地研究，对基于开口环谐振器（SRR）多频带频率选择表面设计与应用做了进一步地探索。本文的主要研究内容如下：（1）在总结前人关于FSS多频带特性产生机理的研究基础之上，首先提出了一款基于多个不同尺寸SRR谐振单元组合形成的多频带FSS，并将其应用于无源射频身份识别（RFID）中。通过电磁仿真软件HFSS13.0研究每个SRR对应的谐振频带，确立了一一对应的关系，并且通过仿真得以验证。另外，对FSS的入射角以及极化稳定性也进行了研究说明。结果表明，该FSS能够充分满足大入射角以及不同TE模、TM模入射下频率响应稳定性的要求。为无源RFID设计和应用提供一个新方向。（2）采用非均匀开口环谐振器（SRR）单元结构设计了一款多频带太赫兹FSS。在传统的SRR基础上，将结构进行改进，提出了一种通带中心频率单独可调的改进型SRR谐振单元。综合考虑反射系数、透射系数、中心频率和带宽等参数分析，通过建立等效电路模型和仿真优化，设计了中心频率为0.46THz、0.86THz、1.03THz可应用于射电天文的三通带太赫兹FSS。该FSS的3dB通带范围为0.34-0.57THz、0.78-0.90THz、1.00-1.10THz，相对带宽分别为50%、14%、9.7%，通带内反射系数的峰值依次为-37.6dB、-13dB和-19.6dB，可见具有良好的通带特性，并且在0.94THz时产生一个传输零点，提高了两个通带之间的隔离度。其单元尺寸为0.046λ0*0.065λ0，较文献（0.103λ0′*0.103λ0′）相比分别减小了55.3%和36.9%，这说明该FSS具有小型化的优点。此外，通过对入射角敏感性研究发现，改进型SRR谐振结构还具有良好的入射角度稳定性，在0-60范围内均具有稳定的传输特性。（3）基于非对称开口位置的开口环谐振器（A-SRR）的双频带频率选择表面设计。本章研究了太赫兹领域， A-SRR的双频带FSS的电磁特性。通过改变两个SRR之间开口的位置，观察其双频带传输特性的变化。经研究发现，外环的开口位置不变，第一个频带的位置不变；内环开口位置的改变，第二个频带在一定范围内发生移动。可见，不同的开口位置对谐振频率有影响，使得频率在一定的范围内可调。通过电磁仿真，观察A-SRR的表面电流分布，，从场的理论出发，可以找到外部Q值增加的原因。依据仿真结果，可以设计出第二频带在一定范围内可调的高Q值双频带FSS。（4）在前文研究基础上，欲研究高温超导材料在电路设计中的优越性。因此采用高温超导材料设计一款基于三阶非对称阶跃阻抗谐振器（ASIR）的三通带高温超导滤波器，为将高温超导材料设计于FSS奠定基础。提出了一种新型的ASIR的谐振特性，研究其阻抗比、电长度之比对三个谐振频率的影响；然后依据得到的电路尺寸参数，设计了一个三通带带通滤波器，并且将设计好的滤波器进行电路的加工和测试。同时，对其温度非线性效应还进行探索研究。该研究为后续将高温超导材料应用于FSS的设计奠定了坚实的基础。
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【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN629.1

【参考文献】