基于十字及方环单元结构的频率选择表面的研究与设计

摘要

频率选择表面(Frequency selective surface，FSS)是一种可以对电磁波进行频率选择的空间滤波器，对电磁波的传输和反射具有十分有效的控制性。FSS通常是由特定的单元构成周期性结构，根据滤波特性可以分为高通、带通、低通、带阻四中类型，其在电磁隐身、电子对抗、通信和电磁兼容等领域有着极为广泛的应用。
　　在实际工程应用中，FSS的介质材料、单元结构、尺寸以及排列方式等对它的频率特性具有决定性的作用。FSS整体结构的小型化以及角度稳定性、极化稳定性等因素都至关重要。本文围绕上述三个方面，通过仿真设计和实物加工测试，对频率选择表面的设计和优化开展了系列工作，主要有:
　　首先，介绍了频率选择表面的研究背景、发展史以及其在工程中的应用，对频率选择表面的相关理论和分析方法进行了讨论。
　　其次，在传统的十字结构单元的基础上，设计并制作了一种新型的FSS结构单元。仿真和测试结果表明，新型十字结构单元FSS比传统十字结构单元FSS具有更好的角度稳定性和极化稳定性。
　　最后，基于方环形结构单元，设计并制作出一种双屏双通带的频率选择表面。并对该频率选择表面的角度稳定性和极化稳定性进行了分析;分析结果表明该设计方案有利于阵列单元尺寸小型化。之后对该设计进行了加工和测试，该设计在电磁场工程中具有一定的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 频率选择表面概述

1．2 频率选择表面的研究进展

1．3 频率选择表面的应用和研究意义

1．4 频率选择表面的相关研究理论介绍

1．5 本文的结构与内容安排

第二章 频率选择表面的基本理论

2．1 频率选择表面的基本特性

2．1．1 频率选择表面工作机理的物理解释

2．1．2 频率选择表面的特性参数及其影响因素

2．1．3 栅瓣现象

2．2 基础电磁学概述

2．2．1 麦克斯韦方程组

2．2．2 波动方程和边界条件

2．3 频率选择表面的电磁特性方程

2．4 频率选择表面的基函数

2．5 频率选择表面的反射系数和透射系数

第三章 频率选择表面的滤波原理分析

3．1 利用Floquet定理分析频率选择表面的滤波原理

3．1．1 频率选择表面散射场的Floquet模的展开

3．1．2 散射波中的传播波和凋落波

3．1．3 传播波中的主模传播波和栅瓣传播波

3．1．4 频率选择表面稳定滤波的条件

3．2 基于单元谐振模式研究频率选择表面的滤波特性

3．3 等效电路分析方法

3．3．1 周期排列的金属栅条的等效电路模型

3．3．2 建立等效电路模型及定性分析滤波特性

3．3．3 等效电路的参数提取

第四章 一种新型十字单元结构的频率选择表面的设计

4．1 频率选择表面的设计流程

4．2 理论分析及结构尺寸

4．2．1 理论分析

4．2．2 结构尺寸

4．3 仿真分析与结果比较

4．3．1 不同入射角度对FSS的中心频率的影响

4．3．2 不同极化方式对FSS的中心频率的影响

4．4 实物加工与测试

4．5 本章总结

第五章 一种新型双层频率选择表面传输特性的研究

5．1 频率选择表面阵列单元结构设计

5．2 理论分析

5．3 频率选择表面的传输特性分析

5．3．1 频率选择表面的小型化分析

5．3．2 频率选择表面的角度稳定性分析

5．3．3 频率选择表面的极化稳定性分析

5．4 实物制造和实验测试

5．5 本章总结

第六章 结束语

参考文献

致谢

硕士期间的科研成果