小型化频率选择表面研究

发布时间：2018-03-18 20:25

本文选题：隐身技术　切入点：雷达罩　出处：《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)是一种一维或二维周期结构，具有带通或带阻空间滤波特性，被广泛应用于雷达罩隐身中。小型化频率选择表面(MEFSS)是周期单元尺寸远小于工作波长的FSS的统称，是FSS发展的一个新方向。与传统的FSS相比，MEFSS具有更小的单元尺寸和更高的角度稳定性，在有限空间、局部小区域、非平面波照射等特殊环境下均能获得理想的滤波特性，在多频、宽频、可调谐FSS设计上具有很大的发展潜力。论文以MEFSS在末制导雷达罩上的应用为需求背景，围绕MEFSS的物理机制、设计原理和方法等关键问题进行了深入的理论研究、计算仿真和实验验证，拓展了MEFSS在宽通带和双通带设计中的应用。论文主要研究工作如下： 1.首先采用电子运动理论从微观上研究了FSS的工作机制，其次采用“场”的观点和“路”的观点从宏观上研究了FSS的滤波机理。从“场”的观点出发，基于Floquet定律研究了FSS的传播波、凋落波和栅瓣的传播规律；利用FSS栅瓣图，推导了FSS具有稳定滤波特性的条件；基于周期单元谐振模式相关理论研究了周期单元上电场和电流的分布特征，为FSS单元图形设计提供理论依据。从“路”的观点出发，重点研究了FSS等效电路模型的建立与分析，采用对全波仿真曲线拟合的方法获取了复杂FSS结构的LC参数，并验证了参数的有效性和方法的可行性，为设计和优化阶段FSS传输特性的快速计算提供参考。 2.研究了基于容性表面与感性表面耦合机制的MEFSS。选取三种典型MEFSS结构，开展了Ku波段带通MEFSS仿真设计研究，总结了耦合型MEFSS的设计规律和滤波特性。以半波壁和A夹层雷达罩结构作为应用平台，，研究了MEFSS在隐身雷达罩上的应用。 3.将耦合型互补双屏结构与Butterworth型对称双屏结构相结合，设计出具有宽通带特性的MEFSS。该结构由容性表面-感性表面-容性表面的三屏级联而成，采用Y形修正单元和正三角形(60°)布阵方式，具有小型化、宽通带和最平坦(Butterworth)响应滤波特性。论文设计了工作带宽涵盖整个X波段或Ku波段的MEFSS，分析了参数对滤波特性的影响，最后进行了实验验证，拓展了MEFSS在宽通带FSS设计中的应用。 4.将耦合机制与谐振机制相结合，利用容性表面(内嵌谐振单元)-感性表面-容性表面(内嵌谐振单元)三屏级联结构设计了Ku/毫米波波段双通带MEFSS。以半波壁和A夹层结构雷达罩为背景，将该设计成功应用到Ku/Ka双波段MEFSS雷达罩中。这种MEFSS具有通带间隔较宽、相互独立的特点，拓展了MEFSS在多频FSS设计中的应用。 5.为了进一步缩减FSS单元尺寸，论文研究了基于集总元件加载的MEFSS。集总元件包括无源器件和有源器件两大类。基于无源器件中的集总电容和集总电感加载设计了MEFSS，单元尺寸缩减至中心波长的1/28以下，具有优越的小型化特性，同时，通过优化还获得了极化分离特性。基于有源器件中的PIN二极管加载设计了可调谐MEFSS。该MEFSS在二极管工作频率允许的情况下，可以在保持Ku波段带通特性不变的同时，实现S波段通带开关功能。最后设计制备了在S波段具有通带开关特性的MEFSS结构。这种可调谐MEFSS在雷达罩带内隐身中具有广阔的发展前景。论文针对末制导雷达罩隐身的诸多需求(如多频、宽波段、可调谐等)，开展MEFSS研究。不仅完善了MEFSS设计理论，还拓展了MEFSS实现途径和应用领域，为MEFSS隐身雷达罩的工程应用提供了理论和实验参考。
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【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN974

【参考文献】