基于耦合技术的多频带频率选择表面研究

摘要

频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）是一种由金属贴片或孔径附着在介质基板上构成的二维周期性阵列结构，对不同频率的电磁波具有选择透过或反射的特性，起到空间滤波器的作用。随着民用通信及军用雷达的快速发展，频率选择表面的应用越来越广泛，对其性能的要求也越来越高。
　　当前频率选择表面发展趋势为多频化、小型化、宽带化，传统FSS存在通带选择性差、边沿陡峭性差等问题，使其空间滤波特性不能很好地发挥；利用传统分形、互补等方法设计的多频FSS存在各工作频带对参数调节响应趋同的缺点，使多频FSS频带调节的灵活性和自由度受到了限制。
　　本文针对上述问题，对FSS的双层互耦合及其条带自耦合原理进行了研究，取得了一些研究成果，主要体现在以下几个方面：
　　1.从FSS的理论出发，讨论了影响频率选择表面工作特性的因素，阐述了频率选择表面分析的重要数学基础和等效模型，并列举了常见的分析方法，给出了一般设计流程。
　　2.对双层互耦合型FSS的“中心频率分离“现象进行研究，发现了产生该现象的决定因素为双层之间电容性互耦合，且耦合强度大小由两层金属所正对的面积大小决定。并从电路中电容并联耦合以及微观上电容极板电荷分布的角度，分析了“中心频率分离”现象产生的机理。
　　3.根据FSS的双层互耦合原理，利用“中心频率分离”现象设计了一款基于组合单元结构的双层FSS，得到了具有一个传输通带和两个传输阻带的传输特性，并且实现了良好的边沿陡峭性，同时具有较小的插入损耗。
　　4.根据FSS基本单元结构内的条带自耦合原理，设计了一款基于准开口环风车结构的FSS，得到了具有两个通带和两个组带的传输特性。并通过对其关键结构参数变化的研究，得到了该FSS能够在一定程度上实现各工作频段独立调节的特性，使其设计的灵活性和工作频带调节的自由度获得了提升。结合双层互耦合技术，对上述结构的FSS进行了混合耦合设计，使该FSS的两个传输通带和两个传输阻带各具有两个零极点，实现了传输特性曲线的边沿陡峭性，提高了FSS的频率选择性能。
　　5.设计了一款基于开口环嵌套相连结构的FSS，具有三个传输通带和三个传输阻带。通过对关键结构参数变化的研究，得到其频带独立调节的特性。并结合双层互耦合技术，对该三通三阻型FSS进行混合耦合设计，得到了具有多零极点的边沿陡峭型的三通三阻型FSS，并根据对关键参数的变化研究，结合单层三通三阻型FSS频带独立调节的结果，得到其多参数独立调节的特性。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1频率选择表面的基本概念

1.1.2频率选择表面的应用

1.2国内外研究现状

1.3本文内容安排

第2章 频率选择表面的基本理论

2.1频率选择表面的基本原理及性能指标

2.2影响频率选择表面性能的因素

2.2.1周期单元形状及尺寸

2.2.2周期单元排列方式

2.2.3介质层的加载方式

2.2.4入射波极化方式和入射角度

2.3频率选择表面的基本分析方法

2.3.1 Floquet定理

2.3.2栅瓣现象

2.3.3几种常用的FSS分析方法

2.4频率选择表面的设计流程

2.5本章小结

第3章 基于互耦合技术的FSS分析与设计

3.1双层FSS的级联与耦合

3.2双层FSS互耦合现象及其研究

3.2.1双层FSS互耦合的“中心频率分离”现象

3.2.2“中心频率分离”现象的研究

3.2.3“中心频率分离”现象产生的机理

3.2.4双层互耦合型FSS的角度稳定性研究

3.3基于互耦合技术的单通双阻型FSS设计与分析

3.3.1单元结构设计及参数

3.3.2仿真结果与分析

3.3.3关键参数变化对FSS传输特性的影响

3.4本章小结

第4章 基于自耦合技术的FSS分析与设计

4.1基本十字单元的自耦合加载

4.2基于自耦合技术的双通双阻型FSS设计与分析

4.2.1基本单元设计及FSS仿真结果

4.2.2关键参数变化对FSS传输特性的影响

4.2.3基于混合耦合技术的双通双阻型FSS设计与分析

4.3基于自耦合技术的三通三阻型FSS设计与分析

4.3.1基本单元设计及FSS仿真结果

4.3.2关键参数变化对FSS的传输特性的影响

4.3.3基于混合耦合技术的三通三阻型FSS设计与分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢