一种新型宽带吸收频率选择表面

提出了一种新型的频率选择表面, 该结构具有良好的高频透射性能和较低频带的宽带吸收性能。吸收频率选择表面结构由有损层和带通层组成。通过等效电路法的分析, 有损层应该在通带内产生并联谐振, 因此给出了具体的等效电路模型并在ADS中进行了验证。在有损层的设计中, 在金属交叉贴片中加载两个电阻使其分为两部分实现了并联谐振。带通层利用无损耗槽型频率选择表面实现。仿真结果表明, 在12.75GHz时只有0.7dB的插入损耗, 并且实现了4.8GHz到11.2GHz的宽带吸收。最后, 制作了实物并进行了测试, 实验结果与仿真结果吻合得很好。     

低光学衍射随机六元环金属网络导电膜

传统金属网栅多为二维方格结构,光学透射率损耗较大,高级次衍射杂散光严重干扰探测系统成像质量.本文设计了一种具有随机六元环表面结构的金属网络导电薄膜,该结构相较于传统二维方格结构金属网栅具有更高的光学透射率;由于在结构中引入了随机变量,也可以实现高级次衍射杂散光的抑制.随后在ZnS光学窗口上完成了线宽为4μm、周期为100μm的随机六元环结构金属网络导电膜的制备.测试结果表明,样品表面图案完整、金属线清晰可见、线宽均匀、无断线情况发生. ZnS光学窗口在长波红外波段透射率损失10.5%,在可见光波段透射率仅损失6.8%,同时可以显著均化高级次衍射杂散光分布.电磁屏蔽数值仿真结果显示,该网络导电膜在0.2—20 GHz电磁波谱段内平均电磁屏蔽效能为37.9 dB,最低屏蔽效能29.6 dB,比传统方格结构网栅高3.2 dB.本文设计并制备的随机六元环结构金属网络导电膜具有优异的光学性能与电磁屏蔽效能,对于提升图形化光学窗口的综合性能具有重大意义.     

一种S波段超宽带能量选择表面设计

设计了一种工作在S波段的能量选择表面,可实现超宽带自适应强电磁防护。该结构由两层金属周期结构组成,顶层为两个对称分布的金属条和一个金属片,金属条与金属片间加载两个PIN二极管;底层为十字架结构。当入射电磁波场强低于阈值时,能量选择表面工作在透波状态,电磁波可以传播;当入射电磁波场强超过阈值时,金属条和金属片之间产生的感应电压使得PIN二极管导通,此时能量选择表面进入防护状态,电磁波被屏蔽。通过对能量选择表面在PIN二极管导通和截止状态下的表面电流和电场分布以及等效电路模型进行分析,解释了该结构的工作原理。采用PCB制作工艺加工了实物样板并对弱场入射下的插入损耗以及强场入射下的防护效能进行测试。实验和仿真结果匹配性良好,表明该能量选择表面在透波状态下的工作中心频率为2.7 GHz,插入损耗小于1 dB的工作频带为2.2～3.5 GHz;在防护状态下,工作频带的防护效能大于10 dB,达到了超宽带的要求。     

三波段超材料宽带带通滤波器的设计及实验研究EI北大核心CSCD

基于多个圆环嵌套结构单元,设计、加工与测试了一种对偏振无依赖以及大角度入射稳定的三波段超材料宽带带通滤波器(BPF)。仿真结果表明该滤波器存在三个通带,中心频率分别为7.22,10.10,14.46GHz,3dB相对带宽分别为17.5%,20.2%和17.4%,中心频率处透射率分别为-0.85dB,-0.69dB和-1.73dB。单元结构具有旋转对称性,使得该滤波器对电磁波偏振不敏感,并且在入射角达到40°时,三个波段依然维持较好的稳定性。通过监测谐振频点处的表面电流分布情况,分析了三波段滤波的物理机理。这种带通滤波器具有多波段滤波、偏振无依赖以及大角度入射稳定等特性,有望在多频谱成像技术、信息通信等领域发挥一定的作用。     

三波段超材料宽带带通滤波器的设计及实验研究

基于多个圆环嵌套结构单元,设计、加工与测试了一种对偏振无依赖以及大角度入射稳定的三波段超材料宽带带通滤波器(BPF)。仿真结果表明该滤波器存在三个通带,中心频率分别为7.22,10.10,14.46GHz,3dB相对带宽分别为17.5%,20.2%和17.4%,中心频率处透射率分别为-0.85dB,-0.69dB和-1.73dB。单元结构具有旋转对称性,使得该滤波器对电磁波偏振不敏感,并且在入射角达到40°时,三个波段依然维持较好的稳定性。通过监测谐振频点处的表面电流分布情况,分析了三波段滤波的物理机理。这种带通滤波器具有多波段滤波、偏振无依赖以及大角度入射稳定等特性,有望在多频谱成像技术、信息通信等领域发挥一定的作用。     

双带频率选择表面设计

为了实现频率选择表面(FSS)的双带特性,设计了由矩形栅格和三圆环组合单元FSS。对FSS的谱域求解方法进行了详细的描述。采用谱域法分析了不同角度和极化入射波下FSS的频率响应性能。结果表明,所设计的FSS对于不同入射角度和极化电磁波具有稳定的双带、平顶传输及陡峭下降边缘特性。双带特性大致表现为1.8～5.4GHz的阻带和5.4～20.0GHz的通带。阻带谐振频率稳定在3.1GHz左右,而通带在-4dB的平顶传输带宽达14.3GHz以上。其陡峭下降边缘特性表现为S波段信号强烈反射,而其他波段信号通过,从而实现多波段通讯。该结构FSS可应用于卫星通信、雷达罩及其他相关领域。     

基于蘑菇型结构的双入射超宽带复合媒质材料设计与分析

通过设计一定的单元结构, 可以实现超宽带人工电磁材料. 基于蘑菇型金属结构, 提出了一种同时具有左右手通带无缝结合的超宽带双入射型复合媒质材料结构单元. 该结构由嵌入到介质板的两个反向对称的蘑菇型金属结构组成, 能够同时引发电谐振和磁谐振而得到左手通带. 通过利用CST软件仿真、等效电磁参数提取、折射率计算以及建立等效磁谐振电路模型等方法, 分析验证了该结构的双入射特性和左手特性. 仿真结果表明, 在电磁波垂直于介质板和平行于介质板入射两种情况下, 在X波段均表现出左手通带特性, 并具有1 GHz以上的左手带宽. 当电磁波垂直于介质板入射时, 在7.2 GHz-9.3 GHz频段为右手通带, 在9.3 GHz-11 GHz频段为左手通带; 当电磁波平行于介质板入射时, 在7.0 GHz-9.0 GHz频段为右手通带, 在9.0 GHz-10 GHz频段为左手通带. 在两种情况下分别于9.3 GHz与9.0 GHz处得到了零折射率, 从而构造了一种正-零-负复合媒质材料, 实现了具有3 GHz带宽的双入射超宽带平衡结构.     

ZnS光窗上增透与带通频率选择表面组合膜设计

为满足红外和雷达复合制导飞行器带外隐身的要求,设计了一种ZnS基底上的红外高通雷达带通的频率选择表面(FSS)组合膜。设计并分析了作为初始结构的电感性网栅薄膜,运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法分析了网栅膜基底上的开孔十字FSS结构,该结构谐振频点为31.75GHz,透射率为-0.38dB,其对应的理想导体(PEC)表面FSS的谐振频点为33GHz;为提高此组合结构的红外透射率,运用薄膜光学理论设计了由YbF3与ZnSe两种膜料组成的红外增透膜,膜层厚度为1.085μm。结合光刻与镀膜工艺制作了实验件,测试表明,该组合薄膜在测试雷达频段平均传输系数小于-7.51dB(谐振频点外),在谐振频点31.5GHz的透射率达到了-0.63dB;在长波红外平均透射率达到了87.95%。     

基于电路模拟吸收体的宽带吸波型频率选择表面设计

设计了一种加载集总电阻的单极化低频透射吸波型频率选择表面(absorptive frequency selective surface,AFSS).该结构由二维有耗频率选择表面(FSS)阻抗屏和三维带阻FSS级联组成.利用集总电阻加载的容性FSS和高选择性的三维宽阻带FSS实现了超宽带通响应以及低剖面、高选择性特性.仿真结果显示设计的吸波型频率选择表面通带为1—3.5 GHz,吸波频段为6.6—11.6 GHz,通带与吸波频段的过渡带比为1.9.最后制作实物进行了实验验证,测试结果与仿真基本一致,充分验证了设计的有效性和正确性.     

单方环结构左手材料微带天线

设计了一种简单的双面单方环结构左手材料,在4.8–5.25 GHz频率范围内该材料的等效介电常数和等效磁导率同时为负.将此单方环左手材料作为覆盖层,置于中心工作频率为5.0 GHz的微带天线之上. 仿真和实验研究表明:相对普通微带天线而言,覆层微带天线的性能得到了明显改善, E面和H面的半功率波束宽度分别收缩了25°和20°,定向性得到了提高, 5 GHz处的增益提高了3 dB, -10 dB带宽增加了600 MHz. 关键词： 单方环结构 左手材料 微带天线     

微波低通高阻复合材料构件的设计与性能验证

随着海洋环境武器装备隐身发展的需要, 开展具有微波低通高阻特性的复合材料构件设计与研究显得重要而迫切. 文章首先设计了一种中空六边形周期性结构, 以此为基础设计了一个由面层、中空六边形环周期层1、中间层、中空六边形环周期层2、面层组成的新型复合双层频率选择表面(FSS)结构件. 其上层FSS的结构参数为中空六边形环边长3.0 mm, 线宽度0.5 mm, 缝隙宽度0.4 mm; 下层FSS的结构参数为中空六边形环的边长3.2 mm, 线宽度0.5 mm, 缝隙宽度1.0 mm. 模拟结果表明: 该复合材料构件具备优良的低频透过性与高频屏蔽性快速转换的特性, 能够获得优异的低通高阻性能, 同时在45°范围内具备优良的角度不敏感性. 最后制备和实验验证得到了0–2 GHz低频段具有95.6%高透过性、同时在7.05–18 GHz高频段具有10 dB 以上屏蔽性能的复合材料构件, 对具有隐身特性的新型滤波电磁功能构件的研制具有重要价值.     

圆环单元FSS对改善吸波体雷达吸波特性的影响

设计了圆环单元的频率选择表面（FSS）结构,并将该结构置于吸波材料中构成了复合吸波结构。利用谱域法对该结构进行数值模拟,计算出频率为2～16GHz微波波段的反射系数,并研究了圆环单元尺寸和排布周期对其吸波特性的影响。结果表明：当圆环单元FSS的单元间距为10mm,单元尺寸为3．3mm时,其共振频率的反射率由-8．15dB降低为-14．54dB,-5dB吸波带宽由1．2GHz拓展为3．05GHz;且随圆环单元尺寸增大,共振反射率增加;随单元排列周期增加,吸波材料带宽增大。结果表明,利用FSS可以明显改善吸波材料涂层的吸波性能,通过凋整相关参数可以获得所需的复合吸波结构,拓展FSS在吸波材料中的应用范围。     

频率选择表面结构的电子系统K/Ka波段电磁屏蔽分析

电子设备和无线技术不断向K/Ka波段发展以及电子系统集成度的不断提高给电子系统的电磁屏蔽设计带来了严峻挑战。提出一种将频率选择表面（FSS）用于电子系统屏蔽的新方法,可以替代传统散热孔阵,在满足通风散热性能的同时确保电子系统在5G毫米波段的电磁屏蔽性能。基于金属腔中心点屏蔽效能和全局屏蔽效能,分析了FSS孔阵排布方式、电磁波极化与入射角度对金属外壳电磁屏蔽效能（SE）的影响。结果表明:FSS孔阵排布方式对金属腔屏蔽性能的影响较小,并且SE不受入射电磁波极化方式影响;含FSS通风孔阵的金属外壳在23.0～25.5 GHz范围内屏蔽效能约为30 dB,比含传统散热孔阵金属腔屏蔽效能提高15 dB。     

A dual-band flexible frequency selective surface with miniaturized elements and maximally flat (Butterworth) response

A dual-band flexible frequency selective surface （FSS） with miniaturized elements and maximally flat （Butterworth） response is presented in this paper. It is composed of three metallic layers, which are fabricated on thin flexible polyimide substrates and bonded together using thin bonding films. The overall thickness of the proposed structure is only about 0.3 mm, making it an attractive choice for conformal FSS applications. All the three layers can constitute a miniaturized- element FSS （MEFSS） and produce the first pass-band with miniaturization property, while the up and bottom layers can constitute a symmetric biplanar FSS and produce the second pass-band with maximally fiat （Butterworth） response. The two pass-bands are independent and there is a wide band spacing up to 30 GHz between them. The principles of operation, the simulated results by using the vector modal matching method, and the experimental values of the fabricated prototype are also presented and discussed.     

基于电阻型频率选择表面的宽带雷达超材料吸波体设计

将多边开缝式电阻型频率选择表面 (frequency selective surface, FSS)与传统的磁性吸波材料(radar absorption materials, RAM)复合, 提出了一种新型吸波体模型. 在分析该模型材料结构和拓扑结构的基础上, 得到等效电路模型; 基于传输线理论获得该模型的反射率及输入阻抗. 采用CST仿真软件对电阻型FSS与无电阻型FSS进行对比仿真, 通过分析吸波效率, 结果表明电阻型FSS在8.7 GHz附近具有更加优良的吸波性能, 实物测试结果与仿真结果一致. 同时FSS复合传统的磁性吸波材料RAM 产生了拓频效果, 在8–15 GHz范围内起到全频段吸收.     

一种兼具宽带增益改善和宽带、宽角度低雷达散射截面的微带天线

设计并制备了一种兼具高增益和低雷达散射截面(radar cross section, RCS)的微带天线, 通过给原始微带天线加载双屏频率选择表面(frequency selective surface, FSS)覆层, 使其具有宽带的3 dB增益带宽和宽带、宽角度的低RCS特性. 该FSS单元的上层是四个开口处都焊有电阻的金属环结构, 下层是中间和四边都开缝的金属贴片结构. 上层加载的电阻主要用于吸收雷达入射波, 减缩天线RCS; 下层的贴片和天线地板构成Fabry-Perot谐振腔, 提高天线增益. 在5.75–11.37 GHz频带内, S₂₂<-10 dB, S₁₂<-10 dB; 在11.21–11.54 GHz频带内, S₁₁反射系数相位曲线斜率为正, 幅度模值均在0.86以上. 实验结果表明: 与原始天线相比, 在谐振频点11.73 GHz处, 天线增益提高3.4 dB, E, H面的半功率波束宽度分别减小16°和50°; 天线的3 dB增益带宽为10.00–12.40 GHz, 完全覆盖阻抗带宽. 在4.10–11.30 GHz 频带内, 天线法向RCS均有3 dB以上的减缩, 最大减缩23.08 dB; 4.95 GHz处的单站RCS在-20°–20°的角域、双站RCS 在-37°–37°的角域均有3 dB以上的减缩. 实验结果证实了该FSS覆层可用于同时改善天线的辐射和散射 性能. 关键词： 频率选择表面 低雷达散射截面 高增益 宽带     

一种性能稳定的新型频率选择表面及其微带天线应用

设计了一种基于分形树结构的高性能频率选择表面(frequency selective surface,FSS),并将其作为微带天线的空间滤波器,同时改善天线的辐射与散射性能.该FSS单元是由两层金属及其中间介质组成,上、下层金属采用金属柱连结,整体构成树枝状分形结构.通过优化参数,得到了一种宽带、极化无关、宽入射角、小型化的超薄FSS,厚度只有约0.017λ.将该FSS应用于微带天线后,天线的相对带宽拓展到40%,工作频段内的增益得到改善,9.6 GHz时,天线的增益提高了6.7 dB,同时,天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)也得到了明显减缩,最大减缩为12.7 dB.实验结果与仿真结果符合得较好,证实了该空间滤波器具有提高宽带天线增益、增强天线定向性、改善天线带宽与降低天线带内RCS的效果,可以应用于宽带天线带内辐射与散射性能的同时改善.     

A three-dimensional frequency selective structure based on the modes coupling of spoof surface plasmon and waveguide transmission

A three-dimensional frequency selective structure (3D FSS) was proposed by applying the spoof surface plasmon (SSP) structures into periodic waveguides, which realizes an enhanced broadband transmission in low frequencies, below the cut-off frequency of periodic waveguides. The transmission characteristics of SSP structures and periodic waveguides as well as their coupling modes are investigated by simulation and experiment method. According to our analysis, the pass-band of this 3D FSS can be customized through changing the values of structure parameters and it also has a good angular stability. In addition, this paper also provides a simple assembly plan for sample preparation. This proposal may be useful for improving filtering performances and gives an effective approach for designing 3D FSSs.     

一种宽角扫描紧耦合阵列天线单元设计

提出一种新型紧耦合偶极子阵列天线单元,并结合等效电路对天线参数进行分析与优化。引入频率选择表面置于天线口径上方,取代传统的电介质板,用以改善宽角扫描时阻抗变换。巴伦采用微带线到共面平行双线过渡结构,实现平衡馈电及阻抗变换。仿真结果表明,该阵列能够实现3倍频(2~6 GHz) E面80°、H面45°的波束扫描,且在扫描范围内有源驻波比均小于3。仿真得到的阵列法向交叉极化隔离度保持在25 dB,由于阻性FSS的损耗,天线增益有所下降。该天线结构简单紧凑,易于加工制作,实现了紧耦合阵列的小型化。     

一种基于共享孔径Fabry-Perot谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线

设计了一种工作于X波段的基于共享孔径Fabry-Perot(F-P)谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线,并设计了三种不同尺寸的双层频率选择表面(FSS)单元,通过共享孔径布阵组成了超材料覆层.利用三种FSS单元的相位补偿特性,有效拓展了覆层天线的增益带宽.实测和仿真结果均表明,加载超材料覆层后,磁电偶极子天线在7.8—12.3 GHz内S_(11)-10 d B,相对带宽达到44.7%,覆盖整个X波段.天线增益在7.9—12.1 GHz内均有明显的提高,最大提高了7 d B.相较于传统的F-P谐振腔结构覆层天线,设计的基于共享孔径的F-P谐振型超材料覆层天线能够明显拓展天线增益带宽,在新型宽带高增益天线设计方面具有广阔的应用前景.