宽带FSS吸波结构的直接图解法设计

摘要

频率选择表面(FSS)是由谐振单元沿一维或二维方向周期排列而成的无限大阵列，表现出滤波特性,其滤波特性主要取决于单元的尺寸、排布方式及单元周期。目前，频率选择表面电磁吸波结构的影响参数众多，若仅仅通过商业软件难以一步到位得到理想的宽带吸波效果。因此，本文采用等效传输线的理论方法以及有限元的方法，以MATLAB为计算工具，Smith圆图、等效电路作为分析手段，形成了直接图解法，通过该方法可以对吸波结构进行分层计算以及分析。
　　本文首先研究了多层吸波材料的等效传输线理论计算模型，并在此基础上建立了含频率选择表面复合吸波结构的计算模型；其中计算频率选择表面层的等效阻抗可通过有限元法仿真计算可得；再通过Smith圆图设计吸波结构，预估吸波性能。计算过程以MATLAB为载体，通过编程实现一个通用的多层吸波结构计算工具，简化了计算过程，并能有效的预估各层吸波材料对吸波性能的影响。以HFSS仿真计算结果为参照物，将MATLAB计算工具计算的结果与之进行分析比较，通过实验验证可得，频率选择表面层的阻抗是影响计算结果的重要因素，而自由空间的频率选择表面模型的空气腔是计算阻抗的关键。通过直接图解法获得了FSS层电纳随FSS层电阻值、介质层参数的变化趋势以及对吸波结构的影响。然后通过这些规律设计出宽带的吸波结构，并与实验结果进行分析比较。
　　研究表明，在设计单层吸波结构时，当频率选择表面单元谐振频率与介质层谐振频率接近时，其吸波效果最好；而宽带双层吸波结构的设计要素是第一层FSS层两端必须加载对称的介质，双层FSS层的导纳曲线位于Smith圆图的中心点两侧对称的位置，且其谐振点与介质层谐振点接近，此时获得的吸波性能最佳。

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1 绪论

1.1 频率选择表面基本概念及应用

1.2 国内外发展现状

1.3 本文研究内容及章节安排

2 直接图解法

2.1 直接图解法的理论基础

2.2 史密斯圆图

2.3 直接图解法的MATLAB计算工具实现

2.4 Salisbury屏的直接图解法分析

2.5 本章小结

3 吸波结构影响因素分析

3.1 频率选择表面自由空间空气腔厚度对计算影响

3.2 FSS尺寸及单元间距对吸波性能的影响

3.3 FSS层电阻值对吸波性能的影响

3.4 介质层参数及厚度对吸波性能的影响

3.5 本章小结

4 宽带吸波结构的设计与实验验证

4.1 宽带单层吸波结构的设计与验证

4.2 宽带双层吸波结构的设计与验证

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附 录 I