基于介质谐振器原理的左手材料设计

本文通过对高介电常数介质基于介质谐振器理论进行分析,明确了利用高介电常数介质产生负介电常数或负磁导率的途径在于介质中产生具有Lorentz谐振形式的电磁响应的电偶极子或磁偶极子,指出了这种偶极子的产生来源于电磁波在介质中形成的驻波,而左手通带的形成正是由于电偶极子和磁偶极子之间的相互影响,破坏了驻波形成的条件所实现的. 模拟结果表明,通过将尺寸相同,介电常数不同的介质进行组合,使二者电谐振和磁谐振的频率点重合从而实现左手通带,最后利用高介电常数,低损耗的陶瓷进行样品制作并测试,测试结果证实了基于这一原理实 关键词： 全介质左手材料 介质谐振器 磁偶极子 电偶极子     

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.     

All-dielectric left-handed metamaterial based on dielectric resonator: design, simulation and experiment

Dipoles with Lorentz-type resonant electromagnetic responses can realise negative effective parameters in their negative resonant region. The electric dipole and magnetic dipole can realise, respectively, negative permittivity and negative permeability, so both the field distribution forms of electric and magnetic dipoles are fundamentals in designing left-handed metamaterial. Based on this principle, this paper studies the field distribution in high-permittivity dielectric materials. The field distributions at different resonant modes are analysed based on the dielectric resonator theory. The origination and influence factors of the electric and magnetic dipoles are confirmed. Numerical simulations indicate that by combining dielectric cubes with different sizes, the electric resonance frequency and magnetic resonance frequency can be superposed. Finally, experiments are carried out to verify the feasibility of all-dielectric left-handed metamaterial composed by this means.     

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     

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     

多频段十字分形频率选择表面

利用分形单元的自相似性将分形结构应用于频率选择表面(FSS)领域使单屏FSS具有多频谐振的特性,在各波段实现简易、多频带通滤波器的设计.以易加工的十字单元为例,经过递归、迭代产生二阶十字分形单元,给出描述单元几何分布的公式;应用周期矩量法结合Floquet定理及阻抗边界条件得到描述FSS表面电流分布的电场积分方程,对FSS传输特性规律进行数值分析,采用遗传算法对分形单元参数进行全局优化得到了在9.2 GHz和29.4 GHz谐振的单屏FSS设计;最后采用成熟的镀膜、光刻工艺制备十字分形FSS样件并在微波暗 关键词： 频率选择表面(FSS) 分形单元 多频段 周期矩量法(PMoM)     

电介质桁架对频率选择表面传输特性的影响

为了分析电介质桁架结构对频率选择表面(FSS)传输特性的影响,以Y环单元的FSS和聚酰亚胺材质制备的桁架结构为例,采用时域有限差分方法进行计算和分析.建立物理模型并定义了孔径阻挡比P,通过分析证明了改变桁架的周期T以及肋骨的宽度D会对FSS的传输性能产生规律性影响,成为衡量电介质桁架结构的主要参数,且孔径阻挡比P的提高将增加传输损耗.当T值由无限大变为80 mm时,通带透过率平均下降超过0.9 dB;当D值由0变为20 mm时,通带透过率平均下降超过1 dB.当P值小于12.11%时通带不产生偏移现象;当P值小于4.12%时,桁架对FSS的影响可忽略不计.采用镀膜和光刻工艺制备FSS试件、数控机械加工方式制备电介质桁架,并在微波暗室中进行测量,验证实验与计算结果相符合,为拟采用电介质桁架结构的FSS隐身雷达罩工程应用提供了理论与实验的参考依据.     

Improvement on the wave absorbing property of a lossy frequency selective surface absorber using a magnetic substrate

An equivalent-circuit model is used to analyse the improvement of the wave absorbing performance of the lossy frequency selective surface(FSS) absorber by using a magnetic substrate,showing that it is possible to widen the wave absorbing bandwidth.Three pieces of magnetic substrates are prepared.According to the complex permittivity and permeability,the reflectivity of the corresponding absorber is calculated by the finite difference time-domain(FDTD) method,and the bandwidth of the reflectivity below 10 dB is optimized by genetic algorithm.The calculated results indicate that the wave absorbing performance is significantly improved by increasing the complex permeability of the substrate;the reflectivity bandwidth below 10 dB of the single layer FSS absorber can reach 3.6-18 GHz with a thickness of 5 mm,which is wider than that with a dielectric substrate.The density of the FSS absorber is only 0.92 g/cm 3.Additionally,the absorption band can be further widened by inserting a second lossy FSS.Finally,a double layer lossy FSS absorber with a magnetic substrate is fabricated based on the design result.The experimental result is consistent with the design one.     

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     

Design of a tunable frequency selective surface absorber as a loaded receiving antenna array

An effective approach to designing a tunable electromagnetic absorber is presented and experimentally verified; it is based on an idea that an existing frequency selective surface （FSS） absorber is regarded as a loaded receiving antenna array. The existing absorber is effectively simplified by withdrawing half of the loaded resistors; a more compact one is obtained when lumped capacitors are introduced. Building on this, a varactor-tunable absorber with a proper bias network is proposed. Numerical simulations of one tunable absorber with 1.6 mm in thickness show that a wide tuning range from 3.05 GHz to 1.96 GHz is achieved by changing the capacitance of the loaded varactor from 0.5 pF to 5.0 pF. An experiment is carried out using a rectangular waveguide measurement setup and excellent agreement between the simulated and measured results is demonstrated.     

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.     

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     

0.34 THz频率选择表面带通滤波器设计

为满足太赫兹通信的需求,基于薄膜工艺和双层级联的结构,设计了一种0.34 THz频率选择表面带通滤波器。利用等效电路模型分析了该滤波器的频率特性,通过仿真研究了入射角对该结构频率特性的影响,显示水平极化条件下其在低于45入射角范围内具有较好的性能。最终按照所评估的误差容忍度加工了Jerusalem 十字单元的频率选择表面样片,并进行了频率传输特性的测试与分析,结果表明：该滤波器具有较好的滤波特性。     

基于互补屏的主动频率选择表面设计研究

将谐振型频率选择表面负载阻抗分离可形成基于耦合机制的互补频率选择表面(CFSS). 控制容性表面单元的旋转角α, 可调节CFSS谐振频点. 以“Y”形单元为例, 利用耦合积分方程法计算了CFSS的频响特性, 并通过自由空间法测试250 mm×250 mm样件. 计算与测试结果表明: 随着 α角变化, CFSS能够实现主动变频功能, 为主动FSS设计提供借鉴. 关键词： 频率选择表面 主动频率选择表面 互补屏 耦合积分方程     

1维微波光子晶体频率选择性反射面

研究了一种由多层介质交替排列的1维微波光子晶体,应用传输矩阵法计算和分析了该结构周期数、波的入射角、介质的相对介电常数以及介质层厚度等对其频率选择特性的影响,并具体给出了一个可行的设计方案。所设计的频率选择表面在3.2~4.0 GHz频率范围内,反射系数大于0.99,在9.5~9.7 GHz频率范围内透射系数大于0.98。     

1维微波光子晶体频率选择性反射面

研究了一种由多层介质交替排列的1维微波光子晶体,应用传输矩阵法计算和分析了该结构周期数、波的入射角、介质的相对介电常数以及介质层厚度等对其频率选择特性的影响,并具体给出了一个可行的设计方案。所设计的频率选择表面在3.2～4.0 GHz频率范围内,反射系数大于0.99,在9.5～9.7 GHz频率范围内透射系数大于0.98。     

光学透明频率选择表面的研究

运用谱域Galerkin法对光学透明带通频率选择表面(FSS)进行了分析计算,研究了透明导电膜的电导率对光学透明带通FSS频率选择特性的影响. 计算及实验结果表明：在雷达波段,透明导电膜的电导率主要影响光学透明带通FSS在中心频率处的透过率,光学透明带通FSS在透可见反雷达波的同时,还具有选择性透过雷达波段的特性. 关键词： 频率选择表面 透明导电膜 电导率     

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     

具有极化选择特性的超材料频率选择表面的设计

基于超材料结构的设计理论,通过长金属线周期阵列和具有Lorentz谐振形式等效介电常数的金属短线的组合可频率选通特性.由不同周期排布和结构尺寸的长金属线和金属短线组合而成的频率选择表面具有不同频段的选通特性.文章提出了双层及单面两种具有极化选择特性的频率选择表面,两种结构均可实现对特定频段TE及TM波选通.具有极化选择特性的超材料频率选择表面的设计为极化滤波器以及极化波产生器的设计提供了借鉴. 关键词： 频率选择表面 超材料 极化选择