宽带电控频率选择表面的研究与设计

发布时间：2020-06-06 15:33

【摘要】：电控有源频率选择表面(Active Frequency Selective Surface,AFSS),由传统的无源频率选择表面和有源电控部分结合在一起构成,并可以在电源激励下,其工作频率,通、阻特性等基本性能按照实际需求进行电调谐的器件,。与无源被动的频率选择表面相比,AFSS对于当前愈发复杂的电磁环境具有更强的适应性,因而在雷达和飞行器隐身、高功率微波武器防护及电磁兼容等领域受到了广泛的关注。当前AFSS的研究多集中于实现其工作频段的可调谐,虽然实现的方式多种多样,但可调频带的宽带化是目前存在的主要问题。本文在传统FSS理论的基础上,通过加入开关型二极管,在较宽的工作频段下实现了“透射”与“屏蔽”两种工作状态,同时兼顾了AFSS在入射波不同极化条件和较大斜入射角度下的稳定性。最终设计出了两种宽带的开关型电控频率选择表面。首先,本文在基于二极管、MEMS开关、液晶材料以及石墨烯等不同有源器件的大量文献的基础上,对比了各种有源部分之间的差异性,针对于本文的技术指标将PIN二极管作为本文所设计的AFSS的有源器件。然后从传统无源被动频率选择表面的工作机理出发,引入了Floquet定理等基本理论,并采用等效电路模型法和传输矩阵法两种AFSS的分析方法,结合PIN二极管的工作原理,总结了AFSS的设计思路和方法,奠定了AFSS的理论基础。其次,本文设计了两种不同的宽带电控频率选择表面方案。第一种方案采用耦合型单元结构,利用PIN二极管对高频信号的导通作用改变初始宽带带通型频率选择表面的谐振模式,从而得到宽带的“屏蔽”效果;第二种方案用平行双线传输线代替了传统多层频率选择表面层与层之间的耦合作用,利用PIN二极管控制平行双线的通与断,进而控制AFSS整体滤波性能的通与阻。最后,以等效电路法和传输矩阵法分别对两种方案进行了分析,提取了等效电路中集总元件的参数值,为方案的设计和优化提供了理论依据和指导,最终两种方案的“透射”状态下的工作带宽达8-14 GHz,“屏蔽”状态带宽达到2-18 GHz,且兼具良好的极化稳定性和斜入射稳定性,最大斜入射角度为30°。
【图文】：

电磁污染,精确探测,隐身技术,制导武器

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外相,多模,文献,炉内

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文方案，受到了广泛的关注和研究[5-8]。在民用方面，常见板上，其作用在防止炉内高功率的微波辐射出来，而能让观察炉内食物的加热状态；在一些机器外壳的散热孔、通期性排列的孔阵结构[9]，这也是 FSS 在电磁兼容领域的典SS 依靠其独特的空间滤波特性成为了设计雷达天线罩[10]、面高增益天线[12]、极化器[13,14]、波导滤波器[15]等的关键器近年来的另一研究热点超材料在研究手段和电磁谐振机进一步刺激了 FSS 的研究与发展[16-20]。
【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】：TN312.4

【参考文献】