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.     

带有多层介质衬底FSS的损耗和带宽特性分析

本文简要介绍应用模匹配方法分析带有多层介质衬底的FSS频率响应技术,在此基础上研究带有多层介质衬底的平面Y形缝隙周期阵列对平面波的频率传输特性。重点讨论介质层厚度变化对FSS传输损耗及带宽的影响。     

金属衬底多层各向异性介质电波反射特性研究

通过分析和计算多层各向异性介质的电磁波传输矩阵,导出了金属衬底上多层各向异性介质的电磁波反射系数计算方法,举例验证了该计算方法的正确性.作为一个应用例子,初步分析了金属衬底上各向异性材料的极化转换特性,为复杂电磁材料的电磁散射近似计算提供了理论基础.     

各向异性衬底上的高温超导(HTS)微带天线

分析了各向异性衬底上的高温超导微带天线特性.选取两种典型的高温超导各向异性介质--GaNdAlO3和SrLaAlO4作为高温超导微带天线的衬底,采用各向异性媒质中的谱域矩量法,对微带天线的输入阻抗和辐射效率进行了计算.计算和分析结果表明,高温超导衬底的各向异性特性会影响高温超导微带天线的性能,而且这种影响因衬底而异,同时,衬底特性随温度的变化也将影响天线的性能.     

双层FSS结构电性能研究

提出了一种研究不同栅格及单元外形并有介质加载的双层频率选择表面(FSS)电性能的理论分析方法.通过确定双层FSS之间介质内传输波和反射波分别对相应的FSS具有周期性而得到矢量Floquet传输模和衰减模表达形式,应用切向电磁场边界条件推导出一组耦合积分方程,利用矩量法求解得到结构的电磁特性.以Y形缝隙作为FSS谐振单元,计算结果表明,双层FSS结构通过层间电磁场衰减模的耦合能够修正频率响应曲线,电性能较单层有很大的改善.     

多层介质频率选择表面的等效电路分析方法

基于数值仿真计算和微波网络理论,提出了一种多层介质中频率选择表面(FSS)等效电路的分析方法.该方法物理过程直观,计算量小,适用于二维任意形状FSS等效电路的精确求解.以方形贴片型FSS为例验证了等效电路模型的准确性,并分析了多层介质对其等效电路参数的影响规律.最后,基于滤波器理论与FSS等效电路模型设计了双层带通型FSS,计算结果表明全波仿真结果与理论计算结果基本一致,为多层FSS的综合设计提供了一种精确设计方法.     

一种双阻带红外频率选择表面

为实现中、远红外大气窗口的双波段低红外透过率,设计了由2层不同尺寸圆环单元构成的双屏红外频率选择表面(FSS),仿真结果表明该FSS在3~5?m和8~12?m波段形成两个平均透过率低于5%的阻带。对FSS表面电流分析的结果说明,谐振单元表面感应出的对称分布电流使散射总场增强,形成增强型反射,而不同尺寸的谐振单元具有不同的谐振波长,两层谐振单元共同作用形成了两个阻带。研究了入射角以及介质层属性(厚度、介电常数和损耗角正切)对FSS传输特性的影响,结果表明FSS在两个大气窗口内具有良好的角度稳定性,介质层介电常数对FSS的传输特性有较大影响。     

频率选择表面结构吸波体的电磁特性研究

采用时域有限差分法(FDTD)计算了蝶形和方环形FSS单元图形的反射与传输特性以及反射信号与入射信号的相位关系,并对计算结果进行了分析.结果表明电磁波的干涉相消是FSS吸波体吸波的主要原因,并且当反射电磁波满足2nπ的相位关系时才能达到最佳吸波效果;FSS吸波体的中心频率随介质层厚度的增加而下降;介质层厚度为5 mm时...     

二阶双通带频率选择表面的设计与验证

设计了一种具有良好带通性能的二阶双通带高阶频率选择表面(FSS)。该FSS结构是在两层介质板上加载三层金属层。利用仿真软件对FSS结构进行计算,并加工实验样件并测试。结果表明:这种三层FSS具有二阶双通带性能,它的3 dB通带分别为10.26~12.24 GHz和16.61~17.49 GHz,两通带平稳光滑,中心插损小,且对不同角度、不同极化方式入射的电磁波保持很好的稳定性。     

分析多层介质多导体传输线的区域分解法

本文利用区域分解法 ,将直线法和有限差分法结合起来 ,用于计算多层介质中具有任意截面形状多导体传输线的电容和电感矩阵。通过在纯介质区域使用直线法 ,导体所在区域使用有限差分法分别进行求解 ,充分发挥两种方法各自的优越性。直线法中快速傅里叶变换的引入进一步提高了算法的计算效率。数值结果表明 :该方法是有效的 ,且计算时间与介质层的厚度无关。文中还研究了介质层分界面的不平整性对传输线电磁参数的影响。     

Scattering by an E plane dielectric sheet in rectangular waveguide

A method for the computation of S-parameters associated with a rectangular waveguide with a rectangular dielectric obstacle is presented. The method uses the Method of Lines and discretization of the dielectric permittivity to treat the dielectric discontinuity along the discretization direction. In this way, the Method of Lines can be applied to analyze waveguide discontinuity with dielectric inhomogenousity along the discretization direction. The numerical results have been verified by both theoretical and experimental results.     

频率选择表面结构耐功率仿真及试验研究

随着大功率电子对抗技术的不断发展,频率选择表面(FSS)结构的功率耐受问题成为亟待解决的技术难题,而国内外鲜有相关报道。本文主要针对此问题展开了理论和仿真分析,并通过典型样件的试验结果对分析结果进行了验证。首先通过将电磁场理论和经典传热学理论相结合,对带有FSS 结构和纯介质结构典型样件的功率耐受问题进行了理论建模和分析。然后,在多物理场仿真环境下对FSS 加载夹层结构和纯介质夹层结构的典型样件在微波照射效应下的温升效应进行了建模和功率耐受性能计算。最后,制作了符合理论模型的FSS 结构和纯介质结构典型样件,在微波暗室内对其功率耐受性能进行了实测验证。结果表明,在相同介质厚度的情况下,带有FSS 结构的典型样件在同等强度的微波激励下会产生更高的温升。     

双层频率选择表面电磁特性数值模拟研究

给出了一种分析有介质加载的不同栅格外形双层频率选择表面电磁特性的数值模拟方法.介质分离区内前向波和反向波分别关于相应的频率选择表面是周期的,确定了矢量传输及衰减模的表述形式.应用电磁场边界条件获得不同Floquet模系数的矩阵表达式,推导出一组耦合的积分方程,利用矩量法求解得到结构的电磁散射特性.模拟结果表明,由于层间介质内电磁场衰减模的耦合,双层FSS结构的电磁传输特性较单层有很大的改善.     

一种旋绕型频率选择表面的传输特性分析

利用基于矩量法的电磁分析软件Ansoft Designer研究了一种新的旋绕型双方环频率选择表面(new convoluted double square loop frequency selective surface,简称NCDSL FSS)的传输性能.结果表明,该结构对入射电磁波的入射角、极化方式等不灵敏,比经典CDSL FSS受栅瓣影响小;通过调节其凹槽深度,两频带间隔可围绕单元尺寸、阵列周期均相同的传统同心双方环频率选择表面(double square loop frequency selective surface,简称DSL FSS)的频带间隔双向调节,这是CDSL FSS无法做到的;而且NCDSL FSS高频谐振点处的-0.5 dB相对反射带宽也总是比CDSL FSS和DSL FSS的大.因此该结构是一种简单且性能较优的频率选择器件.     

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。     

Closed-form low frequency solutions for electromagnetic waves through a frequency selective surface

A simple closed-form approximate solution is given to the problem of transmission of a low-frequency electromagnetic wave through a frequency selective surface (FSS). FSS are periodic metal plates (or their complimentary apertures) sandwiched between dielectric slabs. At low frequencies, the induced currents on the metal plates may be approximated by a known function with a constant coefficient to be determined by the boundary conditions. Based on such a "one-mode" approximation, we derive a closed-form solution for the scattered field for FSS with multiple narrow rectangular slots, with a single wide rectangular aperture, and a circular aperture. When compared with the available exact solutions, we find that the one-mode approximation is valid when the periodaof the FSS is such thata/lambdais small enough that no grating lobe appears, e.g.,a < lambdafor normal incidence.     

Ultrathin wideband slot and patch FSS elements with sharp band edge characteristics

ABSTRACT

Two diverse applications of FSS as bandpass and bandstop filters with wideband and sharp band edge characteristics are investigated in this paper. The proposed design comprised of a tapered tripole element in aperture and patch type printed on either side of a dielectric material to act as bandpass and bandstop filters respectively. The structures are ultrathin in design; structures comprise two metallic layers, isolated by single thin substrates with a thickness of 0.027λ. In the case of bandpass, the structure shows a relative bandwidth (?1 dB) of 8.87% with insertion loss better than 0.2 dB at normal incidence. Whereas, in the case of bandstop, it shows 24.36% (?10 dB). Further, the parametric analysis is performed for obtaining optimal performance. Both structures in the proposed form have spectacular application in bandpass filtering (slot FSS) and electromagnetic shielding (patch FSS). Further, two design techniques are presented namely dielectric encapsulation and substrate integrated waveguide (SIW) based FSS structures to develop a periodic structure to cater the high power handling in microwave sources. Finally, a fabricated prototype along with experimental verification proves the validity of simulated results.     

Liquid Crystal Tunable mm Wave Frequency Selective Surface

A frequency selective surface (FSS) which exploits the dielectric anisotropy of liquid crystals to generate an electronically tunable bandpass filter response at D Band (110-170 GHz) is presented. The device consists of two printed arrays of slot elements which are separated by a 130-mum thick layer of liquid crystals. A 3% shift in the filter passband occurs when the substrate permittivity is increased by applying a control signal of 10 V. Measured results show that the insertion loss increases from -3.7 dB to -10.4 dB at resonance (134 GHz), thus demonstrating the potential to create a FSS which can be switched between a transmitting and a reflecting structure.