频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是由周期阵列结构排列而成的无限大平面结构,它可以根据需要对入射电磁波实现选择性传播。该结构在电磁波技术的诸多方面得到广泛应用,常见的有电磁兼容、微波通信、军事隐身、电子对抗等,具有很大的研究开发前景。近年来,相较于传统的二维频率选择表面(2D-FSS),新型的三维频率选择结构(3-DFSS)因其多了一个维度可以用于设计更加复杂的滤波器而得到了长足的发展。本文首先研究方形同轴线的基本特性,利用合成渐近的方法推导其特性阻抗和端口电容的闭合公式,然后对以方形同轴线作为周期单元的3-D FSS进行优化设计,并在此基础上提出、设计并实现了同轴嵌套型3-D FSS。论文的主要内容和贡献包括:(1)利用合成渐近方法推导出方形同轴线的特性阻抗和端口电容的闭合公式。对于特性阻抗,通过分析方形同轴线的两个极限情况来获得远渐近式和近渐近式,进而得到该参数的合成渐近式:对于开路端电容,通过对开路端端口的准静态场分布进行分析,利用格林函数和已有的合成渐近式,推导出相应的闭合公式。(2)对原始的方形同轴线型3-D FSS进行优化,通过挖空中心导体和降低金属层厚度,有效地减少整体结构的重量,并提升结构的性能。在此基础上,通过额外嵌套一个金属筒来增加的一条传输路径,从而引入更多的传输零极点。经过合理的设计,本文提出了具有双极化、三次带通以及高带外抑制性等特点的同轴嵌套型3-D FSS。此外,通过对所提出的同轴嵌套型3-D FSS进行传输零极点分析,本文建立了有效的等效电路模型并通过参数扫描对结构设计与优化给出指导性意见。最后,论文还对该同轴嵌套型3-D FSS进行了实物加工验证,测试结果与仿真结果吻合的很好,表明该结构的可行性。综上所述,本文所推导的方形同轴线两个参数的闭合公式将在参数求解时避免复杂的数值计算,极大的方便结构的设计以及原理的分析。此外,本文所提出新颖的同轴嵌套型3-D FSS因其优越的性能为FSS的设计发展做出了一定的贡献。最后,对该3-D FSS的理论分析和等效电路建模为后续的一系列3-D FSS设计和分析提供了坚实的理论基础。