频率选择表面结构的电子系统K/Ka波段电磁屏蔽分析

电子设备和无线技术不断向K/Ka波段发展以及电子系统集成度的不断提高给电子系统的电磁屏蔽设计带来了严峻挑战。提出一种将频率选择表面（FSS）用于电子系统屏蔽的新方法,可以替代传统散热孔阵,在满足通风散热性能的同时确保电子系统在5G毫米波段的电磁屏蔽性能。基于金属腔中心点屏蔽效能和全局屏蔽效能,分析了FSS孔阵排布方式、电磁波极化与入射角度对金属外壳电磁屏蔽效能（SE）的影响。结果表明：FSS孔阵排布方式对金属腔屏蔽性能的影响较小,并且SE不受入射电磁波极化方式影响;含FSS通风孔阵的金属外壳在23.0～25.5 GHz范围内屏蔽效能约为30 dB,比含传统散热孔阵金属腔屏蔽效能提高15 dB。     

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     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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     

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.     

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     

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.     

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     

电磁能量选择表面的场路协同仿真与实验研究

为研究能量选择表面的防护性能,采用PIN二极管Spice模型,通过时域的场路协同仿真得到了能量选择表面(ESS)的瞬态响应波形。对影响插入损耗和防护效能的参数进行研究,优化结构参数,减小了尖峰泄漏。研究表明,双层ESS较单层ESS能够有效防护反向脉冲,同时增加单元金属条的长度能够减小脉冲尖峰泄露。通过强电磁脉冲辐照实验,验证了ESS小信号传输与强电磁脉冲防护的自适应防护能力,为强电磁脉冲的防护提供了可靠的方法。     

Tunable frequency selective surface with a shorted ring slot

In order to realize the tunable performance of a frequency selective surface (FSS), a new unit cell is designed in this paper by properly adding two metal shorts to the ring slot. Based on the spectral-domain method, the frequency responses of the FSS structure with two shorts per slot ring are analysed for both the horizontal and the vertical polarizations at the normal incidence. It is demonstrated that the presence of the metal shorts does not affect the resonant frequency of the horizontally polarized wave but doubles the resonant frequency of the vertically polarized wave. Therefore based on the analysis of the novel transmission properties, a new approach to adjusting the resonant frequency by rotating the FSS screen 90? is presented in this paper.     

Dual-band frequency selective surface with large band separation and stable performance

A new technique of designing a dual-band frequency selective surface with large band separation is presented.This technique is based on a delicately designed topology of L-and Ku-band microwave filters.The two band-pass responses are generated by a capacitively-loaded square-loop frequency selective surface and an aperture-coupled frequency selective surface,respectively.A Faraday cage is located between the two frequency selective surface structures to eliminate undesired couplings.Based on this technique,a dual-band frequency selective surface with large band separation is designed,which possesses large band separation,high selectivity,and stable performance under various incident angles and different polarizations.     

Varactor-tunable frequency selective surface with an embedded bias network

A new technique for designing a varactor-tunable frequency selective surface （FSS） with an embedded bias network is proposed and experimentally verified. The proposed FSS is based on a square-ring slot FSS. The frequency tuning is achieved by inserting varactor diodes between the square mesh and each unattached square patch. The square mesh is divided into two parts for biasing the varactor diodes. Full-wave numerical simulations show that a wide tuning range can be achieved by changing the capacitances of these loaded varactors. Two homo-type samples using fixed lumped capacitors are fabricated and measured using a standard waveguide measurement setup. Excellent agreement between the measured and simulated results is demonstrated.