随机分布频率选择表面对材料电磁波吸收性能影响的实验研究

研究了由随机分布的电阻薄膜构成的频率选择表面(FSS)对复合材料电磁波吸波性能的影响。讨论了FSS中电阻薄膜的表面占有率,电阻薄膜的面分布状态以及电阻薄膜的面电阻等因素对材料反射率变化的作用。实验结果表明,在复合材料中加入适当表面占有率的FSS可以显著地提高复合材料在频率低端的吸收效果。具有非对称分布形态的FSS比对称分布的FSS能更好地改进复合材料的吸收性能,同时吸收性的改进也和导电膜的表面电阻有关。     

面向高铁卫星通信系统的高性能天线罩设计

设计了一款适用于高铁平台卫星通信相控阵天线的高性能天线罩.该天线罩针对载体应用环境，设计了双向对称、低剖面的气动外形，以满足载体高速双向对开时低空气阻力的要求；同时根据卫星通信相控阵天线波束扫描的特点，设计了变厚度夹层结构，以实现天线罩对任意极化方向的电磁波宽角入射时高透波率的电性能.以Ku频段为例，根据设计结果进行了实物制作和测试验证，测试结果显示在10.5~13 GHz频率范围内，采用垂直极化波和水平极化波分别照射时，天线罩在0~70°的入射角范围内，透波率均保持在80%以上，同时天线罩对相控阵扫描波束的指向误差维持在±0.5°范围内.     

一种低吸高透型频率选择表面设计与制备

设计并实验验证了一种具有低频吸收、高频透射性能的频率选择表面(FSS)。通过将加载集总电阻的吸波型FSS 与具有频谱滤波特性的低反高透型FSS 进行复合设计,获得对特定频段入射电磁波的选择性吸收与透射,从而实现吸波与透波的一体化设计。仿真结果表明,所设计的复合FSS 在低频段(7.5-9.5 GHz)内吸收率大于90%,而在高频段(15.5-19 GHz)内透射率大于70%,最大透射率在18.1 GHz 达到80%。利用电路板印刷工艺制备了复合FSS样品,并进行了实验测试,测试结果与仿真结果吻合较好。所设计的吸透一体化FSS在新型隐身天线罩领域具有较大的应用价值。     

复合FSS的毫米波“矩形化”通带频率选择天线罩北大核心CSCD

设计和制备一种基于FSS的毫米波频率选择透波的轻质耐高温天线罩。在薄膜覆铜板材料上设计周期性排列的图案形成FSS,并将多层FSS夹入多层石英纤维增强聚酰亚胺预浸料之间,高温模压实现天线罩的制备。测试结果表明:新型天线罩相当于级联了一个窄带滤波器,具备平顶和陡截止的矩形化滤波特性,有利于提高雷达抗压制式宽带干扰的能力。     

曲面双层带通频率选择表面天线罩设计

针对复杂曲面外形严重影响频率选择表面（ FSS)天线罩传输特性的问题,提出了一种基于表面寻迹技术的曲面FSS天线罩设计方法。首先通过平面网格剖分对曲面进行拟合及表征,然后采用表面寻迹算法对FSS阵列的排布位置进行计算,最后将平面FSS结构投影于曲面外形,从而提高了曲面FSS阵列的排布及建模精度。采用该方法完成了某K频段A夹层曲面FSS天线罩的设计及测试,结果表明该曲面FSS罩的传输特性与平面FSS基本一致,且对天线辐射方向图影响较小,有效消除了复杂曲面外形对天线罩传输特性的影响。     

FSS 天线罩的RCS 测量与分析*

FSS在天线RCS减缩方面起了重要作用。针对一种锥形的带通FSS天线罩,设计了RCS测量载体,为了凸显FSS天线罩的透波特性和低于通带处的带外隐身性能,用双面角反射器模拟天线舱内天线系统产生的强散射,对FSS天线罩的传输特性和RCS性能进行了测量。结果表明,FSS天线罩在通带内有较好的透波特性,通带内的频点f0处RCS与测量载体的RCS曲线有相似形状,呈现出介质罩的透波特性。FSS天线罩在低于通带频点f1处透波特性衰减至约-15d B,通过统计鼻锥前向-60°~+60°范围内的RCS均值,FSS天线罩的RCS与载体相比较,RCS减缩均值达到-20d B左右,具有明显的减缩效果。     

频率选择性透波吸波电磁结构

提出的频率选择性透波吸波(FSTA)复合结构,是一种在保证天线正常工作性能的前提下,实现对带外电磁波吸收的新技术。该技术具有隐身频带宽,自身结构强度强,电子设备电磁兼容特性高等优势。分析了一些典型频率选择表面(FSS)单元的等效电路模型,推导出了FSTA 复合材料的等效电路模型,实现了对新型结构的快速定性分析,并得到结构中各参数对结构性能的作用规律。通过仿真优化实现了低频透波高频吸波(LTHA)型电磁结构的设计。     

曲面频选天线罩电性能设计研究

针对现如今频率选择表面(FSS)普遍基于平板进行理论研究的现状,提出了一种基于HFSS-Matlab创建曲面频率选择表面的方法。设计了平板频选单元及A夹层平板天线罩,并进行了仿真分析;采用该方法将准周期排列的曲面频选单元附于A 夹层正切卵形介质天线罩表面。为了验证曲面频选的性能,选用宽波束的平面螺旋天线作为激励,对曲面频选天线罩天线系统进行了联合仿真,并分析了加载曲面频选结构对天线罩电性能的影响。结果表明,所设计的曲面频选结构与平板FSS结构电磁性能基本保持一致,实现了曲面FSS 频率选择的功能,在传输段内不仅能够满足天线罩电性能设计指标要求,而且能有效降低天线带内强镜面反射(RCS),对曲面频选天线罩的实际工程应用具有指导意义。     

基于滤波器电路设计多层带通频率选择表面

针对传统多层频率选择表面（frequency selective surface，FSS）的设计存在计算量大、耗时长等问题，提出了一种基于滤波器理论和FSS等效电路设计多层FSS的方法.该方法先由滤波器理论综合得到多层FSS的等效电路，再利用FSS等效电路的反演方法将其电路模型转换成多层FSS的结构参数.物理过程简单直观，可以实现任意层数的高阶FSS的快速精确设计.为了验证该方法的准确性，完成了一种K波段带通型三阶FSS天线罩设计以及实物样件加工、测试.测试结果表明该天线罩的传输曲线与滤波器理论设计结果基本一致，且对天线辐射方向图的影响较小，为多层FSS的精确设计提供了一种精确理论设计方法.     

环境温度对天线罩电性能的影响分析

选取了环氧树脂和中空织物作为天线罩材料,用Debye 模型对材料的介电常数、损耗角正切与温度的关系进行了分析。在介电性能与温度关系的研究基础上,建立了雷达罩-天线一体化仿真模型,用电磁仿真软件对不同温度下雷达罩-天线整体的透波率和远场方向图等电性能进行了仿真分析,研究了温度对天线罩电性能的影响,并对中空织物天线罩的透波率进行了验证性测试。研究结果表明:温度超过50 ℃时,环氧树脂材料的介电性能随温度上升出现了多个极大值,加载天线罩时的透波率和远场电性能在极大值处发生了恶化,影响了天线的正常工作;而中空织物材料的介电性能随温度变化不大,加载天线罩时的透波率和远场电性能较为稳定,仿真结果与测试结果基本吻合。     

利用频率选择表面改善微波吸收材料S波段的吸波性能

研究了如何利用金属周期性频率选择表面(FSS)的频率特性来改善微波吸收材料S波段的吸波性能。利用频率选择表面的等效电路和传输线理论分析了FSS和吸波材料涂层双层结构的微波反射特性。采用基于有限元方法的电磁波全波分析软件设计并仿真分析了FSS的结构和尺寸,实际制作了FSS和吸波材料涂层双层结构,测量了微波反射性能。理论分析和实验研究表明,利用FSS可以明显改善吸波材料涂层S波段的吸波性能,展宽涂层的吸波带宽,从而改善吸波材料的低频吸波性能。     

基于FSS 的双频高增益微带天线

设计并制作了一种基于双屏FSS(Frequency Selective Surface)部分反射表面的双频高增益微带天线。该FSS 结构是在介质板上下表面分别刻蚀两条方环形金属带,通过调节金属带的宽度,实现频比(Frequency Ratio,FR)达到2 的双频谐振,且在5. 12 ~5. 31GHz 和10. 08 ~10.84GHz 频带内反射相位曲线斜率为正(一般的为负),反射系数模值都在0. 86 和0. 82 以上。将FSS 以覆层的形式放置于双频微带天线上方,相当于增加了双频天线的辐射口径面积,有效改善天线的辐射性能。仿真和实测结果表明:与原始双频微带天线相比,加载双频FSS 覆层后,新天线的增益得到了提高,在5.22GHz 和10. 43GHz 处,天线鼻锥方向增益分别提高了4. 8dB 和5. 1dB。     

频率选择表面对阵列天线的影响分析

设计了一款频率选择表面和微带贴片天线阵,分析了阵列天线的雷达横截面积(RCS)随入射电场波角度以及频率的变化,并对比加了频率选择表面前后天线RCS的变化,讨论了频率选择表面对阵列天线RCS的影响。从计算结果可以看出,频率选择表面作为天线罩以降低电子设备RCS值是可行的。     

覆盖L 波段的宽带隐身雷达天线罩设计

设计了一款极化和角度不敏感的宽带频选吸波体,在X 波段实现了宽带透射窗口以及包含L波段在内的宽频带吸收。该频选吸波体采用频率选择表面与电磁超材料吸波体相结合的方式,通过级联加载多层耦合型频率选择表面和双层高阻表面完成总体结构设计。理论上,利用等效电路法对多层耦合型频率选择表面及整体结构展开分析,论证频选结构和频选吸波体的谐振机理。数值仿真结果显示,该频选吸波体可以实现8.1～11.7GHz频段内的宽频带透射,以及1.18～4 GHz、15～18 GHz 频段内的宽频带吸收,其中透射窗口的插入损耗不大于3 dB。将该频选吸波体作为平面雷达天线罩与微带天线相结合,分析天线的辐射性能和散射特性。研究结果显示,天线在工作频带内保持了良好的辐射性能,而在带外实现了RCS 的有效缩减,达到了天线系统的隐身目的。     

太赫兹波段复合型FSS带通滤波器的分析与设计

利用谱域法对频率选择表面 (frequency selective surface,FSS) 结构进行理论分析,设计了中心频率为0.338 THz工作在大气通信窗口的复合型FSS带通滤波器。该滤波器是对圆环槽单元滤波器进行改进,增加了三极子单元,通过研究结构参数对滤波性能的影响关系,进行结构优化。实验表明,该滤波器综合滤波性能更好,3 dB带宽可以达到69.5 GHz,回波损耗小于-13.46 dB,带内插入损耗小于0.45 dB,带内纹波低到0.1 dB,且通带平坦,有较好的带外抑制和矩形系数,边带比较陡峭。同时该滤波器在不同极化波和相同极化波不同入射角度入射时都有很好的频率稳定性,能有效地用于太赫兹通信。     

含电磁双各向异性介质衬底的FSS特性分析

运用谱域Galerkin法对含电磁双各向异性介质衬底的频率选择表面(FSS)进行了分析,概述了算法的基本实现过程,直接以Maxwell方程为基础,逐步推导出该周期结构中的谱域格林函数.文中在衬底介质参数的变动下,对一系列FSS反射系数进行了有效计算,计算结果表明了介质衬底的电磁各向异性特性对FSS频率选择特性的影响.     

频选雷达罩电性能的基本问题及解决方法

频率选择表面(FSS)雷达罩技术是新一代战机实现隐身的重要途径。基于目前国内外FSS研究和实践的结果,从FSS的基本要素出发,对FSS雷达罩电性能设计涉及的谐振频率、带宽、栅瓣等基本问题进行了分析、研究、梳理和归结,针对雷达罩入射角和入射波极化变化的情况,对FSS如何增加频带宽度、实现谐振频率与带宽的稳定性、避免栅瓣对RCS的影响等提出了应对办法,指出FSS单元选择、设计小尺寸单元并将它们紧凑排列以及正确地进行介质加载是获取优良电性能的关键。     

一种基于折合式平面反射阵天线的毫米波高增益滤波天线

提出了一种基于折合式平面反射阵天线的毫米波高增益滤波天线设计方法,将极化敏感的频率选择表面替代传统的极化栅,用作折合式平面反射阵天线的副反射面。基于基片集成波导技术设计了极化敏感的频率选择表面,该频率选择表面对于线性极化入射波情况下具有较低的插入损耗,同时可几乎全反射对应正交极化的入射波。得益于频率选择表面的频率选择特性,折合式平面反射阵天线可获得良好的滤波性能。为了验证该滤波天线的设计方法,设计并制作了一款Ka频段的毫米波高增益滤波天线,在35~37 GHz的工作频带,天线具有良好的辐射特性和滤波特性。