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。     

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     

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)     

一种新型组合单元频率选择表面

为了实现频率选择表面(FSS)的平顶传输特性.选取矩形栅格和传统圆环的组合图形为基本单元,设计了一种新型组合图形单元的FSS.利用谱域法对这种新型FSS的单屏结构进行理论计算和分析.计算结果表明,这种新型的FSS单屏结构能够给出陡峭边缘和平顶的宽频带传输特性,平顶带宽可达8 GHz;同时能够把相邻很近的信号带分离开从而实现双重通信,例如在X波段和Ku波段的信号,并且对不同入射角度的电磁波保持稳定的双带特性.     

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.     

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.     

基于介质与铁氧体的通阻捷变磁可调频率选择表面设计研究

提出了利用介质陶瓷和铁氧体材料构建可调型带通频率选择表面的设计思路.在C波段波导模式下通过仿真设计出高介电常数方形柱状结构,优化后使其产生宽频的负介电常数,基于等效媒质理论对该结构通阻特性进行分析研究,其传输禁带的产生途径在于介质中产生了具有类Drude谐振形式的电单极子.在相同的仿真环境下对铁氧体结构进行设计优化,调节外加偏置磁场,使铁磁谐振在相应的频点发生,产生负磁导率.利用负介电常数与负磁导率的"双负"特性规律,将两种结构进行组合,协同优化,使电磁谐振相互耦合,实现通带特性.C波段波导模式下的分析表明,两种结构在同一个频点电磁谐振耦合,可以实现"双负"通带的传输效果.在由于铁氧体的磁可调特性,通过改变外加偏置磁场,该通带可以在6—8 GHz范围内可调.对电磁场矢量分布状况和等效参数提取结果进行了数值分析研究,确定了电磁耦合的性质和形成机理,充分验证了这种方法的可行性.对该结构材料样品进行加工,并测试验证,最终实验结果与仿真结果基本一致,实现了"双负"通带的可调.该方法拓展了频率选择表面的设计思路,可用于设计多通带、可调谐频率选择表面.     

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     

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.     

Enhanced transmittance of a dual pass-band metamaterial filter

A broad pass-band metamaterial-based optical filter is experimentally and numerically studied. The designed structure consists of periodically arranged composite metallic arrays and dielectric layer that exhibits transmission responses composed of two flat pass-bands. The coupling of localized surface plasmon (LSP) modes results in the low-frequency pass-band, while the internal surface plasmon polaritons (ISPPs) between the upper and lower metal layers leads to the high-frequency pass-band. Structural parameters (L and R) are experimentally considered from the viewpoint of exploiting their effects on the pass-bands and resonance frequencies. The bandwidths of these pass-bands both can reach to maximums by optimization of these structural parameters. In addition, the two pass-bands can be modulated to be a single pass-band with a bandwidth of 10.7 THz by optimizing L and R simultaneously.     

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     

Dual-band frequency selective surface with quasi-elliptic bandpass response

Based on the substrate integrated waveguide technology,we present a dual-band frequency selective surface(FSS) with a quasi-elliptic bandpass response.The characteristics of the quasi-elliptic bandpass response are realized by shunting two substrate integrated waveguide cavities of different sizes,with the same slots on both sides of the metal surfaces.Four cavities of different sizes and two slots of different sizes are used to design the novel FSS.Every bandpass response with sharp sidebands is induced by two transmission nulls that are generated by the coupling between the slot aperture resonance and the cavity resonance.The simulation results show that such dual-band FSS has the advantages of high selectivity and stable performance at different oblique incident angles.Moreover,it is easy to fabricate.     

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.     

基于互补屏的极化分离结构设计研究

以互补频率选择表面 (CFSS)结构的强耦合作用为基础, 设计一种具有极化分离作用的频率选择表面 (PSS), 当容性表面与感性表面沿周期排布方向具有横向位移时, CFSS成为具有TM带通、TE带阻的极化分离结构. 建立等效电路模型分析PSS结构极化分离原理, 采用耦合积分方程法计算极化分离结构的传输特性以及容性表面和感性表面的电场分布. 理论分析与实验测试结果均表明: PSS具有良好的极化分离特性和角度稳定性, 为极化波产生器和极化分离结构的设计提供借鉴. 关键词： 频率选择表面 极化选择 互补屏频率选择表面     

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