电磁屏蔽用低频比小型化双频带频率选择表面

为满足敏感电子设备对频段密集相邻干扰信号的屏蔽需求,提出了一种低频比双频段带阻频率选择表面（FSS）结构。该结构由介质层和印刷在其两侧并谐振在不同频率的金属导带层构成。通过对两侧金属导带的互补型设计,削弱了两个谐振点间的耦合影响,使该FSS结构具有两个可以独立调节且紧密相邻的阻带,呈现出低频比特点。仿真结果表明,此结构可以实现低至1.16的谐振频率比。基于弯折结构的小型化设计使该FSS的单元尺寸仅为0.071λ,确保所提结构在TE和TM两种极化电磁波照射下,电磁屏蔽效能大于24 dB的入射角度稳定性高达60°。制作了实物并进行测试,实测结果与仿真结果吻合良好,验证了FSS结构设计的可靠性。     

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     

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     

基于机器学习的开孔加载金属腔电磁屏蔽效能评估

利用全波分析方法计算了不同电路板加载、不同孔缝和尺寸的开孔金属腔在0!5GHz范围内的屏蔽效能(SE), 获得共计5250个样本。进而利用机器学习中的随机森林回归算法, 对其中4200个样本数据进行训练, 获得了可以根据开孔腔物理尺寸、加载物材料及电磁特性和位置、频率等共计16个输入参数快速评估开孔加载金属腔屏蔽效能的机器学习模型。利用其余的1050个样本进行模型验证, 结果表明该模型可以快速准确地计算加载腔的电磁屏蔽效能。该模型具有随时根据样本量增加不断训练提高其普适性的特点, 可为实际工程中加载开孔腔的屏蔽设计及SE评估提供高效途径。     

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     

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     

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.     

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     

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     

亚毫米波段波导阵列结构频率选择性滤波器的设计

在毫米波和亚毫米波段探测技术中,为了满足低的透射带插入损耗及反射带反射损耗的需要,本文设计了一种基于波导阵列结构的频率选择性滤波器,通过结构参数的优化设计,克服了大角度入射下透射带插入损耗大的缺点,并且还具有对入射角度变化不太敏感的优点,满足了实际工程设计的需要．另外这种滤波器还兼具有双极化信号的检测特性,对TE波和TM波有基本一致的频率响应,可以同时检测双极化信号．文中首先根据指标要求给出滤波器结构参数的设计初值,然后通过软件进行仿真优化设计,最后给出一种低损耗的滤波器结构,仿真结果表明设计的滤波器满足系统的性能要求,接着详细分析了透射带插入损耗的主要来源．最后给出了滤波器各个参数的误差灵敏度分析：为实物加工提供了工艺参考．     

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.     

光学透明频率选择表面的设计研究

以氟化镁为基底材料, 采用基底、金属网栅与频率选择表面一体化设计方法设计了一种雷达波与光学波段双带通的结构. 利用模式匹配法对设计结构的传输特性进行了仿真研究, 并将设计结果与制备样件的测试结果进行了对比分析. 结果发现: 采用一体化设计的方法设计光学透明频率选择表面, 不仅能够快速得到电场基函数而且还能够准确预估其谐振尺寸, 从而在提高计算效率的同时避免了模式互作用零点的出现. 采用一体化设计方法获得了具有稳定滤波特性的光学透明频率选择表面, 为雷达/红外双模制导头罩的电磁屏蔽技术和隐身技术提供了一种有效技术方案. 关键词： 复合制导 频率选择表面 金属网栅 一体化设计     

基于混合周期栅网结构的频率选择表面设计研究

在栅网结构上设计的频率选择表面能够同时实现红外高透过率和毫米波带通的物理特性. 为了提高其光学透过率, 降低表面电阻, 抑制高次衍射能量对光学系成像质量的影响, 本文通过分析基于栅网结构的频率选择表面衍射光强和表面电流, 提出一种新型基于混合周期栅网结构的频率选择表面. 计算及实验结果均表明: 在实现稳定的毫米波带通滤波的同时, 基于混合周期栅网结构的频率选择表面红外透过率提高了5%以上, 表面电阻平均降低了4 Ω, 有效地抑制了因高次衍射能量集中分布而对红外光学系统成像质量的影响.     

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.     

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     

基于人工表面等离激元的双通带频率选择结构设计

本文提出了一种基于人工表面等离激元的频率选择结构的设计方法：将设计的频率选择表面和金属鱼骨结构阵列相结合得到一种新的频率选择结构.文中采用这种方法设计了一种具有陡截止和高透、高抑制性能的双通带频率选择结构.该结构由金属鱼骨结构阵列和上下两层相同的频率选择表面复合而成.通过仿真可得,该结构的两个通带频率范围分别是3.0–4.1和10.5–10.9 GHz,透射率均在-0.5 dB以上.透射率低于-10 dB的频率范围是4.7–9.2和12.1–18 GHz.在12.4–15.5 GHz频率范围内,该结构的透射率甚至低于-20 dB.在通带内,电磁波可以高效地透过该结构;在阻带内,该结构对电磁波的透射具有较好的抑制作用.测试结果表明用这种方法设计出的频率选择结构的实际性能和仿真基本一致.在金属鱼骨结构空隙中填入轻质泡沫后该结构具有一定的力学承载性能,可以实现结构功能一体化的设计.     

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.