带阻型频率选择表面的仿真分析

摘要

频率选择表面(FSS)，是一种二维周期性阵列结构，它可以对电磁波进行频率选择，所以经常被用作空间滤波器，可分为带通、带通、低通和高通四类。频率选择表面在电磁领域的多个方面有着广泛的应用，它涵盖了大部分的电磁波谱，包括微波，毫米波，甚至红外波段。目前，频率选择表面技术已经被应用到军用，民用各个方面。
　　 自二十世纪六十年代开始，许多西方国家就开始了对FSS的广泛深入的研究。我国对FSS的研究由于起步较晚，还没有形成一个比较系统的理论体系，对多层频率选择表面的研究只是局限于两层或者三层。在实际应用方面，我国与发达国家也有较大的差距。
　　 频率选择表面的理论分析方法很多，比如时域有限差分法、矩量法、有限元法等等。本文采用的是谱域Galerkin方法，该方法计算量较小，仿真结果较精确，可以仿真各种形状各种介质的FSS单元阵列。
　　 在理论分析的同时基础上，介绍了带阻型耶路撒冷十字形FSS单元、圆环形单元、方环形单元和Y形单元的结构和特点。针对上述三种FSS单元，本文重点对影响频率选择表面的传输特性的各种因素进行了仿真分析，其因素包括:单元结构、单元尺寸、单元间距、入射角度、介质加载等。并且对各种常见FSS单元都进行了仿真分析，包括圆环形、方环形、Y形、耶鲁撒冷十字形单元，分析结果与相关文献资料吻合良好。给出了影响频率选择表面传输特性的相关分析和结论，其结果和结论对FSS设计具有一定的参考价值。
　　 在常规FSS单元阵列仿真分析的基础上，设计了一种互补型耶路撒冷十字单元阵列，该阵列由两层带通FSS单元、一层带阻FSS单元组成，和4层加载介质构成。该阵列在入射角0-60度范围内，垂直极化方式下，在入射角0-60度内，具有非常宽的通带带宽;在平行极化方式下，具有多通带特性，在大入射角度下其性能欠佳。谨供FSS研究人员参考。