基于集總元件加載和分形結(jié)構(gòu)的多頻頻率選擇表面研究.pdf

1、頻率選擇表面（Frequency Selective Surface，F(xiàn)SS）被廣泛應(yīng)用于天線、天線罩、無線系統(tǒng)安全以及人工介質(zhì)等領(lǐng)域。隨著多頻通信和探測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，多頻頻率選擇表面成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。 本文以提高多頻通信安全程度、降低干擾以及微波、毫米波/紅外復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)為具體應(yīng)用背景，圍繞多頻頻率選擇表面的小型化、降低入射角對(duì)諧振頻率的影響等問題，對(duì)集總元件加載FSS和分形結(jié)構(gòu)FSS的電磁特性及其應(yīng)用進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究

2、，具體研究工作包括： 1.闡述了分裂場(chǎng)FDTD方法分析周期結(jié)構(gòu)的原理，就集總元件加載情況進(jìn)行了分裂場(chǎng)FDTD方程的推導(dǎo)，為FSS的數(shù)值分析提供了理論基礎(chǔ)。 2.將法拉第籠（Faraday Cage）結(jié)構(gòu)引入到方形縫隙環(huán)FSS的設(shè)計(jì)中以有效隔離FSS單元間的耦合，從而可以僅分析一個(gè)FSS單元就可準(zhǔn)確設(shè)計(jì)有限大FSS的諧振頻率。 3.采用在傳統(tǒng)方形縫隙環(huán)FSS單元上加載集總元件的方法，大大減小了FSS單元的尺寸，并降

3、低了電磁波傾斜入射對(duì)諧振頻率的影響，仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的FSS單元尺寸僅為諧振波長(zhǎng)的8.3％，在0～60度入射角范圍內(nèi)，諧振頻率的偏移率小于0.5％。 4.針對(duì)數(shù)值仿真方法分析FSS存在建模復(fù)雜、耗時(shí)、優(yōu)化難度大等缺點(diǎn)，構(gòu)建了集總元件加載方形縫隙環(huán)FSS的等效電路模型，該模型與FSS單元的物理結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)，物理意義明確，還可以直接根據(jù)物理尺寸及加載元件參數(shù)準(zhǔn)確快速計(jì)算FSS的頻響特性，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程。 5.

4、在微波低頻段，由于諧振頻率接近且電尺寸大，傳統(tǒng)FSS實(shí)現(xiàn)多頻難度大，本文采用多重方形縫隙環(huán)FSS加載集總電容的方法，為FSS的設(shè)計(jì)引入新的自由度，簡(jiǎn)化了多頻FSS的設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了雙頻、三頻FSS，仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，它們的單元尺寸均小于諧振波長(zhǎng)的9％，在0～60度入射角范圍內(nèi)，諧振頻率偏移率小于2.5％。此外開展了單、雙頻FSS的帶寬拓寬技術(shù)的研究，仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表明單頻FSS相對(duì)帶寬從4.57％拓寬至22.3％，雙頻FSS相對(duì)帶寬從