具有陡降特性的新型混合单元频率选择表面

频率选择雷达罩是频率选择表面(FSS)的重要应用之一,为了获得频率选择雷达罩更好的隐身性能,设计了一种基于开孔单元FSS新型单元FSS.这种新型单元是在原有开孔单元周期边界处增加条形孔构成,其传输性能兼具开孔型和贴片型FSS的特征,因此称作混合单元频率选择表面.以FSS在某导弹雷达罩上的应用为背景,采用周期矩量法及离散粒子群算法进行设计优化.仿真结果表明,新型混合单元FSS与对应的开孔型FSS相比具有更陡峭的过渡带和更低的阻带透过率;与双屏FSS相比具有更低的通带插入损耗和更薄的厚度,且结构和制作工艺相对简单.采用自由空间法对等效平板样件进行传输性能测试,测试和仿真曲线符合较好,验证了设计的准确性和可行性.新型混合单元FSS特别适用于敌我双方工作频段接近的情形,它的提出为FSS隐身雷达罩研制提供了一条可行性较高的新途径.     

一种性能稳定的新Y形单元厚屏频率选择表面

厚屏频率选择表面(FSS) 能克服双层或多层薄屏FSS级联引起的结构复杂和中心频率透过率容易降低的不利影响, 并且在拓展FSS带宽方面具有优势, 这使其在曲面隐身雷达天线罩应用方面有潜在的价值. 但是, 当电磁波以大范围角度入射时, 中心频率可能会随入射角度的变化而漂移, 而且在大角度入射时不易实现极化稳定性. 本文针对此问题, 设计了一种新Y形单元厚屏FSS, 利用模式匹配法对此结构进行分析计算, 并研究TE, TM波入射时角度变化及大角度入射时极化变化对通带带宽、 中心频率及其透过率的影响. 仿真实验结果表明: 新Y形单元厚屏FSS的中心频率在TE, TM波入射时均能实现角度稳定性和大角度入射时的极化稳定性. 这为FSS在曲面隐身雷达天线罩上的应用提供了一种借鉴.     

Ku/Ka波段双通带频率选择表面雷达罩设计研究

为了满足现代通信设备多频带及集成化要求,基于耦合机理和谐振机理,在实心半波壁雷达罩和A 夹层雷达罩等效平板基底上设计了一种由容性表面（内嵌谐振单元）-感性表面-容性表面（内嵌谐振单元）-等效基底级联而成的Ku/Ka波段双通带频率选择表面结构. 根据FSS的物理结构建立了等效电路模型,分析了滤波机理,利用全波分析软件计算了两种FSS雷达罩的传输特性. 该结构基于容性表面与感性表面的耦合作用在Ku波段形成具有微型化特性的第一通带,基于两个容性表面内嵌的方环单元谐振在Ka波段形成第二通带,两通带透过率分别为89%,94.7%（实心半波壁FSS雷达罩）、88.2%/93.7%（A夹层FSS雷达罩）,在0°–45°扫描范围内,两通带传输特性稳定. 在半波壁雷达罩的等效平板上制作了Ku/Ka双通带实验样件,利用自由空间法测试其传输特性,在制作误差允许的范围内,测试结果与仿真结果基本一致. 为研究通带间隔较宽的多频FSS 提供了理论和实验依据. 关键词： 雷达罩 频率选择表面(FSS) 双通带     

一种性能稳定的新单元频率选择表面

通过对十字孔径单元的四个端点添加L形的孔径,给出了一种新单元的频率选择表面(FSS)设计,同时通过拆分,得到了相对应的拆分单元FSS.利用谱域法,对两种FSS结构从理论上进行了分析,在TE波入射时角度变化、大角度入射时极化变化对中心频率的影响以及通带带宽三个方面进行了研究,并采用镀膜和光刻技术制备了两种FSS结构的实验样件,在微波暗室中进行测试,得到的实验曲线与理论仿真曲线基本一致.结果表明：新单元的两种FSS结构的中心频率均能在TE波入射时实现角度稳定性和大角度入射时实现极化稳定性;拆分单元FSS的中心 关键词： 频率选择表面(FSS) 新单元 极化稳定性 角度稳定性     

双屏频率选择表面结构的遗传算法优化

双屏频率选择表面能够更好地实现平顶效应和快速下降的边缘,是一种实现雷达舱对探测带外雷达波隐身的有效手段.本文针对双屏频率选择表面(FSS)在电磁波不同角度入射下的宽带通应用,采用遗传算法对FSS介质厚度、介电常数、单元图形、排列周期进行了整体优化,给出优化后的FSS结构和传输特性曲线;同时采用镀膜和光刻技术制备出相应的实验件,在微波暗室进行了测试.结果表明,优化后的结构在保证2 GHz的工作带宽下,对电磁波的入射角度有良好的传输稳定性,这为实现双屏FSS在曲面大角度下的应用奠定了基础. 关键词： 频率选择表面 遗传算法 优化     

一种圆孔单元厚屏频率选择表面结构的传输特性研究

设计了一种圆孔单元的厚屏频率选择表面(FSS)结构,采用矩量法对该结构的传输特性进行仿真研究.主要研究厚屏FSS在无介质加载条件下,其单元直径、排布周期、电磁波入射角等参数对厚屏FSS传输特性的影响规律.结果发现,厚屏FSS的单元直径、单元间距、入射角对带宽影响较大;而单元直径对中心频率影响不大.     

Ku/Ka波段双通带频率选择表面设计研究

为了实现双通带频率选择表面(FSS)在较厚介质基底、 较大频带间隔和入射角度下的工程应用, 设计制备了一种性能优良的Ku/Ka波段双频FSS结构. 利用FSS栅瓣图分析了FSS具有稳定滤波特性的条件. 应用矢量模式匹配法计算了基于分形技术和复合图形技术的FSS的传输特性. 根据单元谐振模式和FSS传输特性归纳了厚介质基底、较远双通带FSS的设计原则, 最终优化出一种由方环复合“Y”环单元组成的FSS结构. 结果表明: 该结构在6.7 mm厚介质基底上0°-45°扫描范围内, 在Ku/Ka波段具有稳定的双频传输特性, 透过率均优于75%. 这为设计基底厚度较大、频带间隔较远、入射角度要求较高的双带FSS结构提供了理论参考与实验依据. 关键词： 频率选择表面 双通带 分形结构FSS 复合结构FSS     

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。     

二阶Y环频率选择表面的设计研究

利用分形结构的自相似性将分形理论应用于频率选择表面(FSS)领域即可使在单屏FSS上具有多频段带通滤波的特性,结合Floquet周期边界条件,采用矩量法研究了二阶Y环分形FSS在不同入射角度下迭代比例因子F及单元排布方式对频率响应特性的影响规律,给出谐振频率的经验估算值.计算及实验结果表明,FSS的谐振频率主要由迭代比例因子及起始单元尺寸决定,而透过率及-3 dB带宽则对排布方式的改变较敏感.实验结果与理论分析一致.     

一种介质-金属加载圆孔单元厚屏频率选择表面

厚屏频率选择表面能较好地改善FSS带宽性能,是实现隐身雷达天线罩的有效手段.为了全面掌握厚屏FSS的传输特性,给FSS的工程应用提供可靠依据,本文设计了一种介质-金属加载圆孔单元的厚屏频率选择表面.采用矩量法对此结构进行分析计算,主要研究了加载金属直径、加载介质厚度、电磁波入射角等几个参数对厚屏FSS传输特性的影响规律.仿真实验结果表明:带宽、中心频率及其透过率都对填充介质直径、加载金属直径、加载介质厚度、电磁波入射角和不同排列方式有不同程度的敏感性,可以通过合理调整加载金属直径及加载介质厚度来获得较宽的通带和较高的透过率.这为实现厚屏FSS在曲面隐身雷达天线罩上的应用提供了一种有价值的借鉴.     

微型化频率选择表面的设计研究

利用容性表面与感性表面之间的耦合机理能够制备微型化频率选择表面(MEFSS),周期单元尺寸将不受工作波长限制.为了提高MEFSS角度与极化的稳定性,展宽MEFSS的-3 dB带宽,文章结合传统频率选择表面"Y"形单元,利用"Y"图形构造容性表面的贴片单元与感性表面的网栅单元且以正三角形栅格拓展周期单元,采用矢量模匹配法对MEFSS栅格排布及其他结构参数变化进行精确计算.通过镀膜与光刻技术在0.15 mm厚聚酰亚胺膜两侧制备容性表面、感性表面并利用自由空间法测试.计算与实验结果均表明,采用正三角形栅格排布的MEFSS,-3 dB带宽达到7.6 GHz,不同极化下60°扫描时中心频点稳定在f₀,为MEFSS应用于曲面天线罩时提供理论与实验参考依据. 关键词： 天线罩 微型化频率选择表面 容性表面 感性表面     

A millimeter and sub-millimeter wave frequency selective surface beamsplitter for geostationary orbit microwave radiometers

We report the design of three frequency selective surface(FSS) filters used on the FengYun-4(FY-4) microwave satellite,which separate five-frequency bands in the frequency range of 50-429 GHz with the insertion loss less than 0.4 dB,and separation between adjacent channels more than 20 dB for either TE or TM incidence.Firstly,we briefly introduce the disadvantages of two types of FSS filter:waveguide-array FSS and printed FSS,which are commonly employed in the millimeter and sub-millimeter wave band.In order to meet the insertion loss requirement and specified spectral transmission response,we adopt a filter composed of two closely spaced freestanding metal plates,which contains an array of resonant ring slot elements.Computer simulation technology(CST) is used to optimize the structural dimensions of the resonant unit and interlayer separation.Numerical results show that these FSS filters exhibit transmission loss of less than 0.4 dB and separation between adjacent channels of more than 20 dB.Simulated transmission coefficients are in close agreement with the required specification,and even exceed the performance specifications.     

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     

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.     

射电天文用太赫兹三通带频率选择表面设计

本文设计一种基于单屏改进型开口谐振环(SRR)的太赫兹频率选择表面(FSS). 改进型 SRR 谐振单元由具有开口缝的金属贴片组成, 开口缝的物理尺寸会影响其阶跃特征阻抗特性. 本文通过对改进型 SRR 单元结构建立LC等效电路模型, 提取等效电路模型参数, 并结合传输线理论, 得到 FSS 的基频计算公式和谐波关系式. 相比于传统均匀 SRR, 本文所提出的改进型 SRR 多频带传输的控制更为灵活. 基于此特点, 设计了一款中心频率依次为 0.46 THz, 0.86 THz和 1.03 THz, 可应用于射电天文的三通带太赫兹 FSS. 采用电磁仿真软件对影响该 FSS 传输特性的关键参数、周期间隔、小型化程度以及入射角敏感性等重要指标进行分析研究. 结果表明, 改进型 SRR 三通带 FSS 在三个通带内的反射系数分别为 -37.6 dB, -13 dB和 -19.6 dB, 在0°–60° 范围内均具有稳定的频率响应特性, 且具有小型化程度高、损耗低等特点. 这种三通带 FSS 在太赫兹频段射电天文方面有潜在的应用价值.     

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.