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.     

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.     

频率选择表面天线罩研究现状与发展趋势

由于雷达天线系统自身工作的特点, 他必须保证自身雷达波的正常接收和发射, 常用的隐身措施无法简单地在雷达天线隐身中获得应用. 采用频率选择表面 (FSS) 技术与天线罩技术相结合形成FSS天线罩, 可以使天线罩获得频率选择的功能. 即FSS天线罩对雷达的工作频段提供带通的传输特性, 同时改变雷达工作频段以外的雷达散射截面 (RCS) 特性, 可以实现带外隐身. 本文分析了FSS天线罩制备的基本思路, 综述了国内外FSS天线罩在结构设计、制造工艺等方面的研究状况, 并从多频FSS天线罩、智能FSS天线罩、厚屏FSS天线罩、 微型化FSS天线罩以及各技术的组合等方面对FSS天线罩的发展进行了展望. 关键词： 频率选择表面(FSS) 多频FSS天线罩 智能FSS天线罩 厚屏FSS天线罩     

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     

Frequency selective surface structure optimized by genetic algorithm

Frequency selective surface (FSS) is a two-dimensional periodic structure which has prominent characteristics of bandpass or bandblock when interacting with electromagnetic waves. In this paper, the thickness, the dielectric constant, the element graph and the arrangement periodicity of an FSS medium are investigated by Genetic Algorithm (GA) when an electromagnetic wave is incident on the FSS at a wide angle, and an optimized FSS structure and transmission characteristics are obtained. The results show that the optimized structure has better stability in relation to incident angle of electromagnetic wave and preserves the stability of centre frequency even at an incident angle as large as 80°, thereby laying the foundation for the application of FSS to curved surfaces at wide angles.     

一种加载电阻膜吸波材料的新型频率选择表面

通常频率选择表面雷达罩借助其几何外形, 将带外信号反射到远离来波的方向, 从而实现隐身. 然而随着多基雷达反隐身技术的发展, 这种反射信号仍然可以被侦测到. 针对这一难题, 提出一种加载电阻膜吸波材料的新型频率选择表面. 该频率选择表面在低频工作带通内, 不仅对大入射角和不同极化电磁波具有稳定的带通特性, 而且在高频带外对电磁波表现出吸收特性, 可以将探测信号吸收掉, 从而大大降低被反隐身多基雷达探测的风险. 另外, 由于吸波材料的作用, 使得频率选择表面的栅瓣也得到了很好的压制, 降低了栅瓣对频率选择表面工作频带的干扰.     

Frequency selective surface with a flat topped passband

Two frequency selective surface (FSS) configurations with flat topped passband are presented in this paper.One configuration is single layer FSS with λ/4 thickness dielectric loaded on both sides, and the other is double layers FSS. Based on the modal matching method, the frequency response properties including angle effect and polarization effect of both FSS configurations are analyzed, and the plots of the frequency versus transmission coefficient are obtained for different incident angles and polarizations. It is shown that the structure with the single layer FSS embedded centrally in the λ/2 thickness dielectric has a wider flat top bandwidth of 6.8 GHz than that of the double layers FSS of 3 GHz. In addition, the fabrication of single layer is relatively easier than the double layers FSS.     

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.     

一种适用于雷达罩的频率选择表面新单元研究

从传统的频率选择选择表面(frequency selective surface,简称FSS)Y孔单元出发,提出了一种新单元.经优化设计,给出了Y孔单元和新单元的FSS结构参数,运用谱域Galerkin法对两种单元FSS的传输特性进行了数值计算.采用镀膜和光刻技术制作出相应的等效平板样件,在微波暗室对两种FSS等效平板在8—12GHz频段内的传输特性进行了测试,测试值与计算值基本一致.结果表明：与Y孔单元相比,新单元FSS在电磁波大角度(66°)入射时具有高的透过率,在电磁波大扫描角范围内(0°—66°)新单元FSS中心频率的漂移量更小.因此,所提出的新单元更适合于电磁波大角度入射下的应用,为FSS在曲面雷达罩上的应用提供了一种新单元. 关键词： 频率选择表面 中心频率 雷达罩     

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     

Frequency selective surface with better polarization-independency for arbitrary incident angle

This paper investigates the frequency-selective property of a planar layer consisting of period arrays both theoretically and experimentally for different polarizations at arbitrary incident angle. The novel element is designed by loading the rectangular microstrip element with L-shaped conducting patch at its two ends. Based on the spectral-domain method, the frequency response including angle effect and polarization effect of the frequency selective surface (FSS) structure are analysed and the plots of the frequency versus transmission coefficient are obtained. As a result of the numerical analysis, it is shown that if the source polarization is changed, polarization-independence of previous FSS design can be achieved only for normal incidence, which limits most FSS applications. But in our proposed structure, the better polarization-independency for arbitrary incident angle can be achieved. It is observed that the simulated result comes very close to the experimental result.     

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     

Research on asymmetric ＂Jerusalem＂ unit

An asymmetric Jerusalem unit and the frequency selective surface （FSS） structure composed of such units are designed. The transmittance of the designed FSS structure is calculated by mode-matching method and compared with the test results. The comparison results show that the FSS center frequency of the asymmetric structure unit drifts little with the variation of the incident angles of the electromagnetic waves and keeps relatively stable. The research offers a new choice for the application of FSS under the large scanning angle of electromagnetic waves.     

Closely packed dense frequency selective surface

In order to realize wideband filtering properties of frequency selective surface （FSS）, FSS of closely packed elements is presented. The Y loop elements are chosen as the graphics elements. Based on the spectral domain method, the frequency response is analyzed for different incident angles and polarizations. The result of the numerical analysis shows that the dense FSS has wide passband with better independence of angle and polarization.     

The effect of a non-aligned unit on double-screen frequency-selective surface transmission characteristics

Double-screen frequency-selective surfaces (FSSs) can bring about a better flattened effect and a rapidly declining edge. They are therefore an effective means to achieve outer-zone stealth of the radar cabin to detect radar waves. In this article, a double-screen wide-bandpass FSS structure is designed and the transmission characteristics of the units under alignment and non-alignment are simulated by means of the spectral domain approach. Meanwhile, the experimental parts fabricated by vacuum evaporation and lithography are tested in a microwave chamber. The results show that the aligned unit structure has good incident angle stability and can achieve high transmittance when the bandwidth is 3.3 GHz, and the transmission loss is less than 1 dB. When the units have a non-aligned structure, the bandwidth decreases and transmission loss increases with increasing incident angle.     

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.     

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     

高功率内置弧形折线栅式极化转换天线罩的设计与实验研究北大核心CSCD

为了实现天线罩的轻量化,同时满足高功率的应用,提出了一种高功率内置弧形折线栅式极化转换天线罩。该天线罩将弧形折线栅式极化转换板放置于介质密封罩内部,通过对弧形折线栅单元结构及介质密封罩结构的联合设计,在实现轻量化的同时降低了金属栅上的电场,使其更加有利于在高功率微波领域的工程应用。针对C波段高功率线极化螺旋阵列天线的应用需求,优化设计了一个中心频率为4.3 GHz的高功率极化转换天线罩,将其加载至某高功率径向线螺旋阵列天线上开展了辐射特性和功率容量的仿真和测试,仿真和实验结果吻合,该天线罩可实现圆极化波到线极化波的转换,其中心频率下的插入损耗为0.2 dB,主射方向轴比为20 dB,功率容量达到48 MW。     

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。     

基于一维金属-介质周期结构的偏振分束

分析了一维金属一介质周期结构的能带特性,根据一定频率范围内TM波(磁场方向与界面平行)在结构中的负折射以及TE波的正常折射,提出了一种偏振分束器件.利用传输矩阵法(TMM)模拟了该结构对入射高斯光束的偏振分束作用,讨论了不同入射角度下的偏振分束能力,并结合实际金属参量,分析了金属层吸收对结构特性的影响.结果表明该结构在55°附近入射时有最好的性能;在吸收作用下结构偏振分束能力有一定的减小,TM波透射比发生了较大变化,TE波效果较好;随着周期数增加,结构透射比下降,但分光能力显著提高;在工作波段上随着波长增大,金属层吸收对器件的影响减弱.该结构能实现宽波段、宽角度、较高透射比的偏振分束.