小型化双频带阻频率选择表面研究

发布时间：2020-04-11 14:56

【摘要】：频率选择表面(FSS)是一种具有频率选择功能的,由一层或多层金属片周期性排列形成的一种周期金属结构。频率选择表面可以实现对于电磁波频率的筛选以及完成对电磁波入射、传输以及反射的控制。近年来,随着对频率选择表面研究的不断深入,越来越多的金属单元结构和排列方式被应用到FSS中,可以通过改变这些结构来控制FSS的中心频点、带宽、频率稳定度等参数。它可以应用在吸波材料、抗电磁波干扰、电磁兼容以及雷达隐身技术等各个方面。本文主要针对频率选择表面(FSS)的双频和小型化等特性开展研究,阐述了FSS的基本结构以及FSS的基本特性包括对影响FSS性能参数的分析以及FSS小型化的方法。通过FSS基本理论分析提出了一种单频FSS和三种双频FSS。并且设计了一种新型的小型化双频FSS结构,通过对该双频小型化频率选择表面的参数分析,进而仿真验证其良好的带宽和极化、角度稳定性,而且小型化设计与双频设计都达到良好的效果。从而实现一种双频带阻的频率选择表面。并完成对该双频率小型化频率选择表面的测试。首先设计了一种中心频率为2.25GHz的单频率带阻频率选择表面,通过采用金属带条的新型折叠方式使得单元的尺寸明显缩小,单元边长和最大波长之比为0.038,并分析了平面波不同入射角度时的传输系数,传输系数小于-15d B的最小带宽为0.06GHz,最大带宽为0.14GHz,频偏小于1.79%。并对该单频带阻频率选择表面进行了测试,测试结果带宽较宽,频率偏移率较小,性能良好。之后设计两款双频率带阻频率选择表面,使之带内传输系数小于-15d B同时满足2.3GHz和/5.9Ghz螺旋结构FSS以及3GHz/5GHz弯折结构FSS。螺旋结构FSS采取对称的金属带条结构进行设计,上下两层金属贴片之间采用金属过孔相连接。单元边长和波长(最大)之比为0.039。弯折结构由外框和中心结构构成,中心结构为四个向外开口的折线结构,在每个折线结构的末端设计一个金属过孔与背面相连,背面则是采用金属条弯折结构连接过孔,很好的利用了背面区域使得该频率选择表面的尺寸进一步缩小。该结构的电尺寸数值为0.1,该结构的最小带宽为0.042GHz。最后设计一款新型双频率带阻频率选择表面,该结构由尺寸为16mm的介电常数为4.4的介质以及上下两层金属贴片构成。金属贴片的构成可以分为两个部分,第一个部分是外框部分由边长为15.4mm的正方形金属条构成,仅附着在介质板的单侧。第二个部分为中心折叠环部分,该部分由四个向外弯折的结构构成,在中心附近的金属条末端采用8个金属过孔与背面结构相连接。该频率选择表面单元边长和波长(最大)之比为0.085,垂直入射带宽为0.1GHz和0.4GHz,频率偏移率小于2.5%,很好的实现了小型化的目标,带宽较宽且频率稳定。
【图文】：

基本结构,栅栏

图 1-1 FSS的基本结构1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状及发展分析对于频率选择表面的研究最早可以追溯到十七世纪。当时美国的科学Fransis Hopinson 发现了光的衍射现象，美国科学家 David Rittenhouse 在研究衍光栅物理定律时，，发现了当自然光通过丝带手绳后会发生散射现象并由此创立频率选择表面的基本理论。在 19 世纪后期，德国物理学家 Hert，使用金属代替丝设计了栅栏，并对电磁波进行了类似的光谱分离实验。随着晶体衍射现象的研出现，类似 David Rittenhouse 对光谱分离实验的栅栏研究也从一维带栅的研究展到对、多维栅栏的研究[8]。在 1919 年，Marconi 和 Franldh 设计出一个抛物面射器。抛物面反射器是由不连续的水平栅表面构成，他的实质是是一种二维的频选择表面[9]，他们将这个抛物反射面申请了专利[10]。近十年，FSS 的研究也取得了一定的进展。加拿大蒙特利大学的 Wu Ke 教

小型化双频带阻频率选择表面研究

三维FSS结构
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713;O441

【参考文献】