基于传递函数的频率选择表面集总参数研究

等效电路法是分析主动FSS的主要方法,获得FSS集总参数是等效电路法分析问题的关键.本文在传统等效电路法基础上,根据传输线理论构造传递函数.依据等效阻抗与传输峰值之间的关系,建立由集总参数构成的矩阵方程,利用最小二乘法拟合得到等效集总参数,并借助传递函数快速得到FSS频响特性曲线.与全波分析法对比,传递函数法的计算结果与数值计算结果吻合,从而验证该方法的准确性和可靠性.该方法不仅能够获取FSS结构集总参数,还能够计算FSS结构的频响特性曲线,为基于等效电路法分析主动FSS提供理论参考.     

利用集总LC元件实现频率选择表面极化分离的特性

基于电磁局域谐振的路谐振理论, 将集总LC器件加载到工字形周期阵列中, 设计了一种新型频率选择表面极化分离结构. 利用等效电路法分析了不同极化时该结构的作用机制, 并采用全波分析法研究了极化方式、入射角度和集总参数对其传输特性的影响.结果表明: 所设计的结构在6.37 GHz附近具有良好的极化分离特性; 在0°–40°扫描范围内, 横电(TE) 和横磁(TM) 极化下结构传输特性均保持稳定; 通过调控集总元件LC值, 该结构在保持 TE极化方向传输特性不变的同时, 可以实现对TM传输特性的独立调节, 使设计更加灵活.该结构为极化分离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 极化分离器 集总电容 集总电感     

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     

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.     

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     

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.     

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     

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)     

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     

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.     

毫米波二阶分形频率选择表面寄生谐振的抑制

二阶分形频率选择表面具有良好的双频特性, 是实现准光学选频网络小型化的理想选择. 但是由于其自相似迭代结构的复杂性, 导致其长期受到寄生谐振的影响, 为了提高二阶分形结构在工程应用中的可靠性, 本文建立了二阶方环分形周期单元的等效电路并分析了寄生谐振产生时的场分布情况, 研究了寄生谐振的形成机理; 进而通过单元间去耦合操作, 并引入基于离散粒子群算法的多参数优化过程, 克服了这一问题. 仿真和实验结果表明: 在保证双频工作特性、对于入射角和极化稳定的前提下, 通过去耦合和粒子群算法实现的频率选择表面实测对寄生谐振的抑制可达13dB, 且避免了新的寄生谐振的产生. 关于寄生谐振抑制的研究, 为增强二阶分形阵列结构的可靠性提供了新的思路. 关键词： 二阶分形 频率选择表面 寄生谐振 离散粒子群算法     

Analysis of frequency selective surface absorbers via a novel equivalent circuit method

An equivalent circuit (EC) method for absorbers design is proposed in this paper. Without using full-wave analysis, the EC method can predict the performance of the absorbers. This method is employed to synthesize broadband absorbers by inserting the resistors respectively into the single- and double-square loops structures, then two different prototypes with broadband absorbing frequency bands are manufactured and measured. By comparisons with the results both by using the full-wave analysis and by the measurements, the correctness of the new EC method is verified. Some factors which affect the absorbing bandwidth are also investigated. Due to its fast and accurate characteristics, the EC method which can be theoretically applied to arbitrary FSS is a good candidate for broadband design of the absorbers.     

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。     

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0.34THz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.     

Lumped modeling with circuit elements for nonreciprocal magnetoelectric tunable band-pass filter

This paper presents a lumped equivalent circuit model of the nonreciprocal magnetoelectric tunable microwave bandpass filter.The reciprocal coupled-line circuit is based on the converse magnetoelectric effect of magnetoelectric composites,includes the electrical tunable equivalent factor of the piezoelectric layer,and is established by the introduced lumped elements,such as radiation capacitance,radiation inductance,and coupling inductance,according to the transmission characteristics of the electromagnetic wave and magnetostatic wave in an inverted-L-shaped microstrip line and ferrite slab.The nonreciprocal transmission property of the filter is described by the introduced T-shaped circuit containing controlled sources.Finally,the lumped equivalent circuit of a nonreciprocal magnetoelectric tunable microwave band-pass filter is given and the lumped parameters are also expressed.When the deviation angles of the ferrite slab are respectively 0° and45°,the corresponding magnetoelectric devices are respectively a reciprocal device and a nonreciprocal device.The curves of S parameter obtained by the lumped equivalent circuit model and electromagnetic simulation are in good agreement with the experimental results.When the deviation angle is between 0° and 45°,the maximum value of the S parameter predicted by the lumped equivalent circuit model is in good agreement with the experimental result.The comparison results of the paper show that the lumped equivalent circuit model is valid.Further,the effect of some key material parameters on the performance of devices is predicted by the lumped equivalent circuit model.The research can provide the theoretical basis for the design and application of nonreciprocal magnetoelectric tunable devices.     

A Tuning Circuit with Two Half-Wave Distributed Junctions for All-NbN SIS Mixers

A novel broadband tuning circuit composed of two low-current-density half-wave NbN/MgO/NbN tunnel junctions connected by a half-wave NbN/MgO/NbN microstrip line has been successfully tested in a quasi-optical mixer at frequencies above 700 GHz. The circuit had a designed center frequency of 870 GHz, was integrated in a center-fed twin-slot antenna, and was fed via a quarter-wave impedance transformer. Heterodyne measurments showed double-side-band receiver noise temperatures equivalent to 6-9 quanta from 675 to 810 GHz for a mixer with a current density of 6.7 kA/cm². The RF bandwidth was broader than that of a conventional mixer using a full-wave junction with the same current density.