频率选择表面(Frequency Selective Surface, FSS)是由相同的金属贴片、金属孔径等金属介质结构单元周期排列而成的无限大平面结构,它对具有不同工作频率、极化状态以及入射角度的电磁波具有频率选择传播的特性,因此在电磁波技术的诸多方面得到广泛应用,常见的被应用于雷达天线罩、多频反射面、极化器等等。传统平面FSS的频率选择性能一般,对入射角度较为敏感。通过多屏级联的方式,结构频率选择性和稳定性可以获得提高,但会导致整个结构体积庞大。由于在实际应用时对结构尺寸的要求和限制,一些现有FSS结构也无法达到要求。近些年,人们在传统二维FSS的基础上,提出了三维频率选择结构,能够在一定程度上解决传统FSS的局限性,例如,可使频率选择结构实现准椭圆滤波响应。三维频率选择结构主要是通过调节二维腔体中的模式耦合或者腔体耦合等方式来实现高性能的滤波特性。本文将传统的FSS设计方法与波导结构相结合,并引入当前平面电路技术的热点基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)技术,提出、设计并实现了一系列高性能的三维频率选择结构。论文的主要内容和贡献包括：(1)利用模式匹配法(Mode Matching Method, MMM)分析了由介质填充L型波导周期排列构成的双频双极化频率选择结构。基于Floquet定理,将该结构的计算区域限定在一个单元。利用MMM分析不连续性问题时,将结构划分为多个简单的区域分别计算。根据波动方程求解不同区域的规则波导的标量模式解析函数以及TE模和TM模的场切向分量,根据边界条件匹配计算其本征值,得出结构的色散曲线,从而对结构的传播特性进行了理论分析。通过与有限元法分析结果的对比,验证了该方法在分析周期性波导问题时的高效性和准确性。(2)在传统缝隙型FSS的基础上,将具有高通性能的波导单元引入三维频率选择结构设计中,实现了对不同极化、不同入射角度均性能稳定的双极化频率选择结构。结合等效电路和场分析方法,详细分析了结构的工作原理。在此基础上,引入SIW技术,提高了所设计结构的频谱选择性以及性能稳定性。所提出的SIW-FSS结构具有重量轻、厚度薄、易加工、陡截止、双极化以及性能稳定等优点。(3)基于波导滤波器的频率选择结构设计方法,将波导结构与传统贴片式FSS相结合,设计了具有高阶带通响应和具有传输零点的单边陡降及双边陡降响应的频率选择结构。分析了不同单元形状对传输特性的影响,采用对称结构和加载结构分别实现了双极化和双频频率选择结构。通过在波导内加载纵向的U型贴片结构设计出了具有准椭圆滤波响应的宽带频率选择结构,该结构实现了平坦通带、双边陡截止以及宽带的滤波特性,其通带3dB带宽可达到65%。(4)在缝隙型SIW-FSS的设计基础上,将其应用于极化旋转器和极化转换器的设计中。通过SIW腔体上下底面正交缝隙的耦合,激励起腔内双模耦合,实现良好的频率选择特性,同时该结构还具有极化转换的功能,可实现45°线极化旋转器或线极化转换为圆极化的极化转换器。论文详细分析了上述频率选择结构的工作原理,SIW腔体内的模式选择,以及腔体的设计,并测试验证了其性能。