频率选择表面多频带、小型化和宽带技术研究

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频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是一种空间滤波器,其是具有吸波和滤波的效果的多层复合周期结构。除了在降低雷达或者目标RCS上有着巨大的作用,随着移动通信技术的发展,FSS的应用也越来越广泛。本文主要是针对应用于雷达中的高选择性频率表面和应用于移动通信系统中的多频带/宽带小型化频率选择表面研究。本文首先依据FSS相关论文和研究现状,总结了等效电路在FSS设计中的应用方法。对于FSS的等效电路分析方法,一般是下面这两种方式。第一种,是在设计好FSS单元之后,然后按照一定的等效原理,来构建FSS的等效电路。这种方法一般是用来分析FSS的工作原理。第二种,是先构造好等效电路,然后,根据其等效电路来去构建FSS的物理单元结构模型。在本文的第二章,通过具体的FSS设计实例分析了上述等效电路的使用方法。然后介绍了电流分布在等效电路中使用的理论方法。第三章提出了一种高选择性频率选择表面。该高选择性频率选择表面是一种混合型单元结构,其上表面为耶路撒冷结构,其下表面是六边环贴片结构。通过使用混合型结构可以很好地将上下层结构的优缺点进行互补,从而得到高选择性宽带单元结构。在介质层结构中,加入了空气层,加入空气层不仅减小了FSS原型的重量,而且仿真结果表明空气层减小了插入损耗,可以很好地实现上下层的阻抗匹配,提高通带的平坦度。这说明使用等效电路方法,将上下层结构等效成集总元件,通过等效电路仿真可以很快的确定介质层的厚度和介电常数。第四章研究了一种低剖面小型化宽带FSS单元结构。该结构的设计思路和上面不同,我们是先得到了其等效电路,然后将物理结构取代等效电路中的集总元件来得到的。在该结构中,基于过孔将上下层单元结构连在一起来实现了单元结构的小型化,而单元结构的小型化使得该FSS结构具有很好的单元稳定性和角度稳定性。仿真结果和实物测量结果证明单元结构的传输曲线带宽可以达到112.5%,这证实了上述方法的有效性。第五章中,我们开展了对小型化双频带FSS的研究。对于双频带FSS,我们首先和上面一部分的设计方法一样,先设计出其等效电路后,再设计出单元结构,和上面不同的是,双频带FSS的等效电路和宽带FSS的等效电路不一致。我们采用方形螺旋结构来小型化单元结构。我们结合等效电路对FSS的物理结构与频率响应的关系进行了分析。分析过程显示等效电路结果和全波仿真结果很好的拟合在一起。仿真结果显示两个工作阻带的频率比可以在较大的范围内实现调节。实物测量结果显示,在两个阻带的中心频率2.6GHz和5GHz处,其阻带带宽为1.5GHz和1.2GHz。然后我们又基于拓扑结构设计出了一种多枝节双频带FSS结构。在单元中通过采用曲折结构实现单元结构的小型化。在该拓扑结构中,金属环工作在不同工作模式下会产生不同的工作频点从而产生了不同的阻带。仿真结果表明通过调节枝节数目和单元之间的距离可以很好的实现两个阻带频率比的调控。上面的所有的FSS设计,都加工出了实物,并且对实物进行了测试。
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