论文部分内容阅读
频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)被广泛应用于天线、天线罩、无线系统安全以及人工介质等领域。随着多频通信和探测系统的发展,多频频率选择表面成为当前的研究热点之一。本文以提高多频通信安全程度、降低干扰以及微波、毫米波/红外复合制导技术为具体应用背景,围绕多频频率选择表面的小型化、降低入射角对谐振频率的影响等问题,对集总元件加载FSS和分形结构FSS的电磁特性及其应用进行了理论和实验研究,具体研究工作包括:1.阐述了分裂场FDTD方法分析周期结构的原理,就集总元件加载情况进行了分裂场FDTD方程的推导,为FSS的数值分析提供了理论基础。2.将法拉第笼(Faraday Cage)结构引入到方形缝隙环FSS的设计中以有效隔离FSS单元间的耦合,从而可以仅分析一个FSS单元就可准确设计有限大FSS的谐振频率。3.采用在传统方形缝隙环FSS单元上加载集总元件的方法,大大减小了FSS单元的尺寸,并降低了电磁波倾斜入射对谐振频率的影响,仿真和实测结果表明,本文设计的FSS单元尺寸仅为谐振波长的8.3%,在0～60度入射角范围内,谐振频率的偏移率小于0.5%。4.针对数值仿真方法分析FSS存在建模复杂、耗时、优化难度大等缺点,构建了集总元件加载方形缝隙环FSS的等效电路模型,该模型与FSS单元的物理结构一一对应,物理意义明确,还可以直接根据物理尺寸及加载元件参数准确快速计算FSS的频响特性,大大简化了设计过程。5.在微波低频段,由于谐振频率接近且电尺寸大,传统FSS实现多频难度大,本文采用多重方形缝隙环FSS加载集总电容的方法,为FSS的设计引入新的自由度,简化了多频FSS的设计,成功实现了双频、三频FSS,仿真和实测结果表明,它们的单元尺寸均小于谐振波长的9%,在0～60度入射角范围内,谐振频率偏移率小于2.5%。此外开展了单、双频FSS的带宽拓宽技术的研究,仿真和实测结果表明单频FSS相对带宽从4.57%拓宽至22.3%,双频FSS相对带宽从3.7%、4.3%分别拓宽至11.1%和11.5%。6.本文对多种分形结构单元进行了分析比较后,采用分形Y坏单元结构设计毫米波双频带通FSS,并成功地将其应用于毫米波/红外波束组合器(透射毫米波,反射红外)的设计和研制。分形Y环单元结构具有单元尺寸小和对称性好等特点,从而解决了传统多频FSS各频段的带宽和谐振频率对入射角和极化比较敏感的难题。