宽通带的频率选择表面研究

摘要

频率选择表面(Frequency Selective Surfaces，FSS)作为一种空间滤波器，它的应用十分广泛，如在卫星通信中作为副反射面可以有效地提高系统利用率；在战斗机中作为雷达天线罩，可以减少天线的雷达散射截面。随着频率选择表面的发展，我们所需的通带中心频率也会有所增高，这会导致通带内的插损迅速变大，使频率选择表面的通带特性为之变差。鉴于这点，本文主要做了以下几点工作：首先介绍了频率选择表面的研究背景、发展历史及频率选择表面在国防军工中的应用。随后介绍了频率选择表面的基本理论，包括分析周期性结构的Floquet定理及在实际应用中加入介质后栅瓣、表面波出现的条件；详细介绍了频率选择表面全波分析方法中的谱域法，并给出了推导过程。接着对带通频率选择表面中常见单元的基本特性进行了分析，包括入射角稳定性和交叉极化特性，及在实际应用中加入介质后，介质对频率选择表面的影响，并给出了一些设计过程中的结论。
　　 针对Ku波段，在本文的第三、第四部分分别设计了不同结构的FSS。在第三部分我们对基片集成频率选择表面进行了分析研究，并设计了中心频率为12.5GHz的极化相关和极化不相关的频率选择表面，以及工作频段分别为12.25-12.75GHz、14.0-14.5GHz的双通带频率选择表面。
　　 基片集成频率选择表面中通孔结构相当于提供了一种理想电边界，而在第四部分中设计的混合边界腔体频率选择表面中，我们将单一的理想电边界改为理想电、理想磁混合边界，并给出了相应的两种混合边界腔体频率选择表面的设计方法，分析了这两种频率选择表面的入射角稳定性和交叉极化特性。在此基础上，我们对混合边界腔体的频率选择表面加以改进，保证通带波形平坦的同时拓宽了带宽。我们分别加工了混合边界腔体频率选择表面和改进后的频率选择表面的样片，在暗室中对其进行实验室测试，并与仿真结果相对比，均获得了良好的结果。