基于层叠槽线结构的宽阻带带通频率选择表面研究

发布时间：2020-10-09 07:04

　　频率选择表面(Frequency selective surface,FSS)作为一种空间滤波器,对不同工作频率、入射角度和极化状态的电磁波具有选择滤波特性,因此广泛地应用在天线与微波领域中。传统的FSS为二维平面单元结构构成的无限大周期阵列,其设计和加工都较简便。其缺点是单元尺寸较大,谐振方式有限。基于三维单元结构的新型FSS能够激励多模谐振,彰显出高品质的滤波特性。其缺点是单元结构复杂,实现难度大。本论文结合了二维FSS和三维FSS各自优点,开发了一种基于层叠槽线结构的三维FSS,深入分析了该类型FSS的工作机制、等效电路模型,设计、加工和测试了两个设计实例。研究结果表明该类FSS既可以实现高滤波性能又能降低加工难度。具体研究内容如下:第一,简要介绍了FSS的研究背景,国内外近年的研究现状,以及基本分析方法。着重介绍了等效电路模型分析法,并以金属贴片FSS与双方环FSS为例,研究了经验公式提取电路参数的过程。第二,提出一类基于层叠槽线结构的宽阻带带通FSS。该FSS基于单层印刷电路(Printed circuit board,PCB)工艺,在长条形PCB的一侧刻蚀槽线结构,并以一定的距离将长条形PCB周期平面内堆叠起来。为了更好的阐述其工作机制,本文分别设计并分析了层叠均匀槽线(Stacked uniform slotline,SUS)FSS、集总电感加载的SUS-FSS和带状线加载的层叠阶梯槽线(Stacked stepped slotline,SSS)FSS。第三,基于阶梯槽线分别设计了单极化SSS-FSS和双极化SSS-FSS。这两种结构的通带中心频率都在3GHz左右,单极化SSS-FSS的带外抑制(|S_(21)|≤-20 dB)范围为4.3GHz到20.6GHz(|S_(21)|≤-20 dB),双极化SSS-FSS的带外抑制(|S_(21)|≤-20 dB)范围为5.86GHz到14.9GHz。测试结果表明,本文所设计的两种带通FSS可借助传统传输线理论进行有效简便分析,在几何尺寸上具有简单的拓扑结构,在性能上可以实现较宽的带外抑制性能,且在入射角从0~o变化到60~o的情况下具有稳定的频率滤波响应。最后,针对非理想测试环境,研究了一套FSS散射参数的测试和校准方法,有效消除了测试过程中的信号衰减、测试天线间的耦合以及信号多径传播等对测量数据造成的影响,使之尽可能接近在理想环境中的测试结果。本文以单极化SSS FSS的测试为例,详细阐述了测量和校准过程,并最终获得了真实散射参数测试数据。该测量方法极大降低了FSS等人工周期结构在测量过程中对环境的严格要求,也降低了测量成本。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN713
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 内容安排
第二章频率选择表面的基本理论
    2.1 频率选择表面的分类
    2.2 频率选择表面的工作机理
        2.2.1 贴片型FSS的工作机理
        2.2.2 缝隙型FSS的工作机理
    2.3 FSS的分析方法
        2.3.1 等效电路模型
        2.3.2 二维FSS等效电路模型参数提取
    2.4 本章小结
第三章三维FSS的分析与参数提取
    3.1 层叠均匀槽线FSS
    3.2 电感加载的层叠均匀槽线FSS
    3.3 电感加载的层叠阶梯阻抗槽线FSS
    3.4 本章小结
第四章层叠槽线FSS设计
    4.1 单极化SSS-FSS
        4.1.1 结构设计
        4.1.2 单极化SSS-FSS实现与验证
    4.2 双极化SSS-FSS
        4.2.1 结构设计
        4.2.2 双极化SSS-FSS实现与验证
    4.3 本章小结
第五章频率选择表面测试系统
    5.1 测试背景
    5.2 空间散射参数测试系统与测试步骤
    5.3 测试数据的校准
    5.4 本章小结
第六章总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 论文展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢

【参考文献】