有源频率选择表面电磁特性的研究

摘要

频率选择表面(FSS)是一种电磁空间滤波器，它可以有选择地实现电磁波的传输或反射。FSS广泛应用于电磁隐身、电磁兼容、军事通信、电子对抗等领域，在先进电子系统中起着重要作用。在微波频段，可利用FSS的频率选择特性制作隐身雷达罩，在雷达工作频段之外显著降低飞行器头向RCS，大大提高隐身性能，增强飞行器的生存能力；FSS还是构成电磁吸波材料的重要成分，优良的吸波材料可以实现军用飞行器、舰艇等武器装备的良好隐身，改善武器平台电磁环境，改善电子系统电磁兼容性。开展对FSS的研究对加强国防建设、提高军队战斗力有着非常重要的意义。 本文以X波段的应用需求为背景，以缝隙型FSS为主要对象，以有源FSS为重点，使用CST和HFSS电磁仿真软件进行有源FSS的分析，在有源FSS的谐振特性、谐振特性与电抗加载的关系、电路模拟吸波材料等方面进行了以下研究： 1．在频率选择表面的谐振特性的研究方面，对常见FSS谐振单元的谐振特性进行了研究、比较；对影响谐振特性的因素，如单元的几何结构、介质加载方式、FSS层数等进行了归纳、总结；对斜入射时FSS的谐振频率、传输带宽的变化进行了研究，提出了稳定谐振特性的方法。 2．在有源FSS的研究方面，将有源器件等效为电抗，采用电抗加载的方法对有源FSS的谐振特性进行了研究。分析了单层缝隙型、单层贴片型、双层缝隙型FSS的谐振特性与所加电抗的关系，对这些规律进行了总结，可为电可调FSS的分析与设计提供理论指导。 3．对FSS在吸波材料中的应用进行了研究。论述了电路模拟吸波材料的吸波原理，设计了一种可调电路模拟吸波材料，当使用电抗对其加载时，其吸波频率在X频带内可调。 4．就FSS的测试方法进行了研究，分波导内测试和开放空间测试两种方式，提出了切实可行的实验方案。

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第一章绪 论

1.1频率选择表面的基本概念

1.2进行FSS研究的目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4 FSS的主要参数

1.5本文研究的主要内容

第二章频率选择表面的分析方法

2.1 FSS的研究方法

2.2等效电路法

2.3谱展开法的基本原理

2.4时域有限差分法(FDTD)

2.5矩量法的基本原(Method ofMoment)

2.6有限元法的基本原理

2.7基于数值方法的商业软件介绍

2.8两个基本概念

第三章频率选择表面电磁特性的研究

3.1 FSS 谐振单元的特性

3.2单元尺寸对FSS结构电性能影响的分析

3.3介质层对FSS结构电性能影响的分析

3.4单元间距对FSS特性的影响

3.5频率稳定技术的研究

3.6带宽稳定技术的研究

第四章有源频率选择表面的分析

4.1电抗加载对FSS基本特性的影响

4.2缝隙型有源FSS的分析

4.3贴片型有源FSS的分析

4.4双层缝隙型有源FSS的分析

4.4.1双层缝隙型FSS的分析

4.4.2双层缝隙型有源FSS的分析

第五章FSS在吸波材料中的应用

5.1吸波材料的吸波原理

5.2 Salisbury吸波屏

5.3电路模拟吸波材料

5.4主动式电路模拟吸波屏

第六章FSS的测试方法

6.1平板FSS的加工方法

6.2 PIN、微波变容二极管的等效电路

6.3频率选择表面的测试

6.4算例对比

第七章结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果