帶通頻率選擇表面的仿真設(shè)計(jì).pdf

1、頻率選擇表面(Frequency Selective Surface，F(xiàn)SS)對(duì)電磁波具有頻率選擇和極化選擇特性，能夠有效的控制電磁波的傳輸和反射。頻率選擇表面對(duì)電磁波的頻率和極化方式呈現(xiàn)出空間濾波器的功能，因而在科學(xué)和工程領(lǐng)域具有較大的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，越來(lái)越受到研究人員的重視，成為學(xué)者們的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　 頻率選擇表面的頻率特性主要取決于諧振單元的結(jié)構(gòu)形式和組陣方式。諧振單元的結(jié)構(gòu)形式包括形狀、尺寸、介質(zhì)層的厚度和層數(shù)

2、以及介質(zhì)的介電常數(shù)等。組陣方式主要有矩形柵格和斜柵格兩種。因此，F(xiàn)SS的設(shè)計(jì)屬于多參數(shù)優(yōu)化的問(wèn)題。為了揭示各個(gè)參數(shù)對(duì)FSS特性（包括諧振頻率、傳輸帶寬等）的影響規(guī)律，旨在為設(shè)計(jì)FSS提供依據(jù)和規(guī)律，本文的主要工作有：
　　 1.FSS單元和介質(zhì)層尺寸的研究。仿真并得到了十字形單元的孔徑長(zhǎng)度和諧振波長(zhǎng)的關(guān)系以及單側(cè)和雙側(cè)加載介質(zhì)層對(duì)FSS頻率特性影響的規(guī)律。金屬屏諧振時(shí)，孔徑的尺寸大約為入/2。當(dāng)介質(zhì)層厚度比較小時(shí)（<力/4），兩

3、種加載方式都是隨著加載介質(zhì)層厚度的增加諧振頻率逐漸降低。對(duì)于單側(cè)加載，隨著加載厚度的變化，該曲線圍繞f/上下波動(dòng)并近似的呈現(xiàn)周期性，周期約為入/2。對(duì)于雙側(cè)加載，隨著加載厚度的變化，該曲線圍繞上下波動(dòng)也近似的呈現(xiàn)周期性，周期也為入/2。
　　 2.極化不敏感單元的設(shè)計(jì)。研究了偶極子形孔徑單元對(duì)TE波和TM極化入射波頻率特性的區(qū)別，提出了修正諧振孔徑或振子尺寸設(shè)計(jì)極化不敏感FSS單元的方法，所設(shè)計(jì)的FSS對(duì)不同極化的入射波具有穩(wěn)定

4、的傳輸特性。針對(duì)傳統(tǒng)Y形單元，給出了縮短TM波諧振孔徑尺寸和兩種延長(zhǎng)TE波諧振孔徑尺寸的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了三種對(duì)極化不敏感的Y形單元，對(duì)比了不同入射角度下三種改進(jìn)方法相對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，仿真結(jié)果表明修正單元的TE波和TM波諧振頻率差值的平均值比傳統(tǒng)單元減小70％。
　　 3.針對(duì)不同入射角度具有穩(wěn)定特性的FSS的設(shè)計(jì)方法。仿真了十字形單元和介質(zhì)層在不同入射角度下諧振頻率的變化曲線。由于隨著入射角度的增大，介質(zhì)層的諧振頻率是升高

5、的，為了設(shè)計(jì)對(duì)不同入射角度的入射波具有穩(wěn)定傳輸特性的FSS，所設(shè)計(jì)FSS金屬屏應(yīng)當(dāng)隨著入射角度的增加諧振頻率是降低的。設(shè)計(jì)FSS單元時(shí)要選擇合適的形狀和尺寸以滿足上述規(guī)律，對(duì)于設(shè)計(jì)入射角穩(wěn)定的FSS是很重要的，也是設(shè)計(jì)高性能的FSS濾波器需要注意的一點(diǎn)。
　　 4.設(shè)計(jì)了夾層結(jié)構(gòu)的FSS，該夾層結(jié)構(gòu)的FSS在大入射角度范圍（0°-75°）下對(duì)任意極化入射波都具有良好傳輸特性，并且具有較大的工作帶寬(1.4GHz)。提出了采用準(zhǔn)互

6、補(bǔ)單元設(shè)計(jì)FSS的設(shè)計(jì)方法并依此改進(jìn)了夾層結(jié)構(gòu)FSS中的傳輸異?，F(xiàn)象。
　　 5.采用本文提出的延長(zhǎng)TE波諧振孔徑尺寸的Y形單元設(shè)計(jì)了雙頻帶的FSS，對(duì)于不同極化的入射波具有相同的諧振頻率和工作頻帶。在兩個(gè)工作頻帶內(nèi)，對(duì)于入射角0°-60°范圍中，雙頻帶FSS對(duì)任意極化的入射波都具有良好的傳輸效果。
　　 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是：
　　 1.提出了修正諧振孔徑或振子尺寸實(shí)現(xiàn)極化不敏感FSS單元的設(shè)計(jì)方法，可以設(shè)計(jì)對(duì)不

7、同極化的入射波具有穩(wěn)定傳輸特性的FSS。采用所提出的方法設(shè)計(jì)了三種對(duì)極化不敏感的Y形單元，仿真結(jié)果表明修正的Y形單元的TE波和TM波諧振頻率差值的平均值比傳統(tǒng)單元減小70％，證明該設(shè)計(jì)思路是可行的。
　　 2.提出了采用準(zhǔn)互補(bǔ)單元設(shè)計(jì)多層FSS的設(shè)計(jì)思路，給出了采用該方法設(shè)計(jì)的準(zhǔn)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面。當(dāng)入射角度在0°-60°范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)于TE波和TM波，該設(shè)計(jì)在工作通帶內(nèi)都有良好的傳輸系數(shù)。
　　 3.設(shè)計(jì)了雙頻帶的頻