基片集成頻率選擇表面的研究.pdf

1、頻率選擇表面(FSS)的研究與發(fā)展至今已有上百年的歷史，如何實(shí)現(xiàn)高性能的FSS一直是眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)。歷史上，F(xiàn)SS的幾個(gè)研究發(fā)展高峰都伴隨著有效的分析方法的提出。受限于分析方法，至今為止FSS的實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)還是采用2.5維的平面分層結(jié)構(gòu)，其所能實(shí)現(xiàn)的性能有限。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為設(shè)計(jì)高維復(fù)雜結(jié)構(gòu)提供了可能，對(duì)于真正三維的FSS結(jié)構(gòu)(如高阻抗表面)的研究開(kāi)始興起。本文就是在采用有效的分析方法的基礎(chǔ)上把傳

2、統(tǒng)的FSS設(shè)計(jì)方法和當(dāng)前平面電路技術(shù)的熱點(diǎn)基片集成波導(dǎo)(SIW)技術(shù)有效結(jié)合，提出、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一系列高性能的新型基片集成FSS。本文的主要工作如下： 1．仔細(xì)分析了目前為止應(yīng)用于分析周期性結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主流方法，F(xiàn)loquet模式匹配法和譜域法，這兩種方法一般只能用于分析平面分層結(jié)構(gòu)，對(duì)于真正的三維立體互連周期性結(jié)構(gòu)無(wú)法求解。本文詳細(xì)推導(dǎo)了對(duì)結(jié)構(gòu)通用性非常強(qiáng)的頻域有限差分法(FDFD)在周期結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，并首次將FDFlD和區(qū)域分

3、解方法(DDM)結(jié)合應(yīng)用于真正三維互連周期性結(jié)構(gòu)的求解，通過(guò)計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了該方法在分析三維周期性問(wèn)題時(shí)的有效性。 2．首次用上下表面有耦合縫隙的基片集成波導(dǎo)腔體(SIWC)結(jié)構(gòu)作為周期單元，實(shí)現(xiàn)了高選擇性的FSS。在保留傳統(tǒng)縫隙型FSS的縫隙諧振模式的基礎(chǔ)上將高選擇性的腔體諧振模式引入到FSS中，兩種不同模式的諧振及其相互作用使得這種新型的SIWC-FSS具有非常好的選擇特性，而且其性能對(duì)于不同極化和較寬角度范

4、圍內(nèi)變化的入射平面波非常穩(wěn)定。采用FDFD以及FDFD-DDM的分析方法分析了不同縫隙類型構(gòu)成的SIWC-FSS特性，指出了適用于形成SIWC-FSS的縫隙結(jié)構(gòu)。 3．在單腔SIWC-FSS的基礎(chǔ)上，采用FDFD-DDM和等效傳輸線的分析方法，成功設(shè)計(jì)了具有超高選擇特性的基于傳統(tǒng)四分之一波長(zhǎng)問(wèn)距級(jí)聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)的多層FSS。采用類似級(jí)聯(lián)腔體濾波器和雙模腔體濾波器的設(shè)計(jì)方法，成功實(shí)現(xiàn)了具有單邊陡降濾波特性和準(zhǔn)橢圓濾波特性等高選擇性的超

5、薄多層級(jí)聯(lián)SIWC-FSS。采用多腔級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了具有抑制FSS內(nèi)部表面波和柵瓣的Chebyshev濾波特性SIWC-FSS。同時(shí)采用不同尺寸的兩腔體串聯(lián)和并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)了具有雙邊陡降選擇特性的sIWC-FSS。 4．將SIWC-FSS的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于多通帶FSS的設(shè)計(jì)當(dāng)中。首先采用了同心多環(huán)型縫隙和SIW結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了單邊陡降濾波特性的雙通帶，三通帶SIWC-FSS。為了解決窄頻帶間隔的FSS設(shè)計(jì)問(wèn)題，首先采用折疊型內(nèi)環(huán)型縫

6、隙有效降低頻帶間隔，然后又采用相鄰周期單元尺寸微擾的方法實(shí)現(xiàn)了在極窄頻率間隔下仍然具有高選擇性能的雙通帶SIWC-FSS。 5．在前面SIWC-FSS的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，首次采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式將FSS和天線進(jìn)行一體化集成設(shè)計(jì)?；赟IWC-FSS結(jié)構(gòu)對(duì)激勵(lì)的極化和入射角的不敏感性，將設(shè)計(jì)的SIWC-FSS覆蓋在喇叭天線的口面上有效地實(shí)現(xiàn)了濾波和天線的雙功能集成，獲得了具有濾波特性的天線(Filterma)。該Filtenna在實(shí)現(xiàn)良好