多频段频率选择表面FSS的设计与实现

发布时间：2020-07-30 18:18

【摘要】：频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是周期性排列的二维或三维结构,本质上是一种空间滤波器,具有对不同频率、极化、入射角度的电磁波选择性透射或反射的特性,在隐身技术、多频天线等领域得到广泛应用。本文主要对频率选择表面小型化、低剖面的实现方法进行研究,主要研究工作由以下几个方面组成:(1)从频率选择表面的工作原理出发,分析了单元形状、小型化、排列方式、介质加载以及入射波对FSS性能的影响;阐述了栅瓣和表面波对FSS性能的影响;介绍了变分法、模匹配法、谱域法等经典分析方法,以及矩量法、有限元法、时域有限差分法三种电磁仿真软件主流算法。(2)阐述了最小频率选择表面(MEFSS)的原理,从工程实际出发,设计了在X波段的带通型MEFSS,电磁波垂直入射时-1dB相对带宽达到40%,在偏移法线方向40°大角度斜入射的情况下,其-1dB相对带宽仍有35%。(3)以减小单元间距可以提升角度稳定性为理论基础,设计出具有大角度稳定性的低剖面X\Ku\Ka三波段双极化FSS,X\Ku波段在0。-80。入射角内、Ka波段在0。-60。入射角内性能良好,实测和仿真结果吻合;在仿真把FSS制成天线副反射面与金属副反射面进行对比仿真,证明其可用于工程应用中。(4)阐述了分形技术理论并将其应用于FSS设计中,实现了 FSS单元尺寸的缩减,并使用单层加载的高介电常数介质板设计了 X/Ka/W 三波段频率选择表面,单元间距小型化至λ/13,厚度仅有λ/50,获得了极好的角度稳定性,0°-80°入射时,X/Ka波段的谐振点稳定,W波段的栅瓣被抑制,获得了良好的反射带,具有对不同极化电磁波的大角度稳定性,可用于X/Ka/W三波段天线中。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713
【图文】：

电场方向,导线

频率选择表面足周期性排列的金属贴片或缝隙组成的：：维或：：维结构，本质上足逡逑空间滤波器，对电磁波的不同频率、极化、角度Q囎挪煌南煊Α＜偕璧缱颖幌拗圃谖掊义舷蕹さ南傅枷呱希钡绯》较虼怪庇诘孛媸鼻移矫娌ㄈ缤迹玻雹侨肷涫保肷洳ǖ绯》藉义舷蚝偷枷咂叫校缱永椿卣竦矗肷洳ǖ哪芰恳徊糠肿傻缪荆康亩埽糠直坏缱渝义衔眨挥幸徊糠旨绦ィ唬聊常科德嗜肷淠芰空猛耆缱拥亩芑虮晃眨义铣浦靶痴竦恪保耸钡拇湎凳啊５钡枷呷缤迹玻保ǎ猓┓胖肨，入射波的电场方逡逑向和电子的运动方向垂直，电子无法运动，对入射波没有影响，此时传输系数为Ｕ逡逑一一－一１邋一一一ｎ逡逑－广一逦ｒ一一逦！逡逑ｋＥ邋Ｉ逦．Ｅ邋Ｉ逡逑Ｉ逦！逦！逦逡逑Ａ邋！逦！逡逑Ｈ邋Ｉ逦１１邋Ｉ逡逑＇逦Ｊ逦Ｉ逦ｊ逡逑Ｉ邋一一一逦Ｉ邋一一一－逡逑Ｕ邋－－逦Ｕ邋—邋一逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２．１（ａ）电场方向与导线平行逦图２．１邋（ｂ）电场方向．４导线垂直逡逑甲而波入射时，每个周期单元都会产生感应电流，产生的散射场与入射场叠加后，逡逑形成空间的总场，Ａ入射波和单元的谐振尺寸相Ｍ＇ｌT，感应电流的幅度具有最大值。按逡逑最基本的原理，ＦＳＳ分为贴片型和与之互补的在金属板上开槽产生缝隙组成的孔径型，逡逑贴片型ＦＳＳ在主谐振时全反射入电磁波

．２频率选择表面的技术参数逡逑．２．Ｐ１Ｖ儿形状逡逑单元的形状决定ＦＳＳ的谐振带宽、角度稳定性、极化稳定性，在多频ＦＳＳ设计中，逡逑兀形状直接决定了多频谐振中高频谐振点与低频谐振点的倍数，即频间距。频率选择逡逑面的单儿形状决定感丨、Ｖ：电流的分布，是决定频率选择表面频率响应最重要的ｗ尜，决逡逑了邋ＦＳＳ的谐振带宽、角度稳定性、极化稳定性等。如图２－３常用的频率选择表面单逡逑主要分为环形单元、板形单元、中心连接形单元这三种基本类型。常用的环形巾儿包逡逑正方形环，Ａ边形环，圆环形等；常用的板型单元包括方形板，六边形板，㈣形板等：逡逑用的中心连接形中．兀包括偶极子形十字形，Ｉ形，Ｙ形，耶路撒冷丨字形等。逡逑环形单元如图（ａ）所示，在电磁波谐振频率波长约等于其…个周长时发生谐振，逡逑

多频段频率选择表面FSS的设计与实现

(b)带阴型FSS

【参考文献】