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、降低入射角對諧振頻率的影響等問題，對集總元件加載FSS和分形結(jié)構(gòu)FSS的電磁特性及其應(yīng)用進(jìn)行了理論和實驗研究

2、，具體研究工作包括： 1.闡述了分裂場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)計中以有效隔離FSS單元間的耦合，從而可以僅分析一個FSS單元就可準(zhǔn)確設(shè)計有限大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諧振頻率的影響，仿真和實測結(jié)果表明，本文設(shè)計的FSS單元尺寸僅為諧振波長的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.針對數(shù)值仿真方法分析FSS存在建模復(fù)雜、耗時、優(yōu)化難度大等缺點，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)確快速計算FSS的頻響特性，大大簡化了設(shè)計過程。 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)計引入新的自由度，簡化了多頻FSS的設(shè)計，成功實現(xiàn)了雙頻、三頻FSS，仿真和實測結(jié)果表明，它們的單元尺寸均小于諧振波長的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，仿真和實測結(jié)果表明單頻FSS相對帶寬從4.57％拓寬至22.3％，雙頻FSS相對帶寬從