频率选择表面的等效电路设计方法综述

本文回顾了频率选择表面(FSS)等效电路的理论发展,分析了将其应用于提高FSS设计效率的必要条件,重点介绍了利用具有准集总电感和准集总电容效应的元件,依据等效电路设计实现一系列高性能带通、带阻、单频和多频FSS 的方法。理论和实测结果表明:这类FSS普遍具有极小的尺寸,良好的入射角和极化稳定性,而且谐振频率、带宽和极化特性独立可控;同时,单元结构参数和等效电路参数之间的解析关系式为FSS的快速优化提供了条件,从而为FSS 设计提供了从构建到优化的高效解决途径。     

一种可调超宽带带阻型频率选择表面

基于液晶材料的介电常数可调特性,在圆环槽型结构的基础上设计了一款谐振频率可重构的超宽带带阻型频率选择表面。仿真结果表明,该频率选择表面单元的-10 dB阻带带宽为5.33 GHz,相对带宽为32.2%,当液晶介电常数从2.4连续变化到3.2时,谐振频率由16.56 GHz向低频连续移动到15.42 GHz,在此过程中的阻带带宽保持相对稳定,且利用喇叭天线对8×8阵列的仿真结果与单元仿真结果具有较好的一致性。     

一种高选择性三阶带通三维频率选择表面

提出了一种具有高选择性和三阶带通响应的三维(3-D)频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS).该3-D FSS的单元结构由3个贴片金属方筒和3个介质方筒嵌套而成,产生3个传播路径.2个方形同轴路径提供方形槽谐振,产生2个传输极点,平行板路径提供半波长谐振,产生另一个传输极点,由此形...     

频率选择表面谐振特性在吸波材料中的应用

利用等效电路法(ECM)及时域有限差分(FDTD)算法分析了频率选择表面(FSS)在2.0～18.0GHz的传输特性,并进行自由空间法测试;同时对含FSS复合吸波材料进行了仿真分析与弓形法反射率测试。结果表明,利用FSS谐振特性与吸波材料吸收特性相互作用,反射率小于–10.0dB的合格带宽可达到7.2GHz(5.0～12.2GHz),有效展宽了反射率曲线的合格带宽,实现了吸波材料吸收性能的宽频化设计。     

一种新型红外频率选择表面

为实现在中、远红外两个大气窗口的低透过率,设计了一种基于六边形环状结构的双屏红外频率选择表面,利用CST 电磁软件进行仿真分析,发现该频率选择表面在3～5 mm 和8～15 mm 两个波段内的平均透过率低于0.025,实现了红外波段的双阻带;采用等效表面阻抗和表面电流法分析了该频率选择表面的滤波机理,发现不同极值点处由于屏间耦合或屏内单元间的耦合在谐振单元表面感应出对称分布的电流从而使散射总场增强,形成增强型反射,即比较理想的红外光阻带;最后研究了电磁波的入射角度、极化方式以及介质层的厚度对频率选择表面传输特性的影响.     

一种带通能量-频率选择表面设计

针对现有的能量选择表面往往对入射角度比较敏感或频率选择特性不理想的情况,设计一种角度不敏感的带通能量-频率选择表面。该表面包含3层金属屏;上下两层为方形金属贴片和接地金属化过孔,中间层为刻蚀耶路撒冷十字缝隙,上下两层金属贴片与金属化过孔间有PIN二极管连接,最后通过仿真验证了该方法的有效性。     

一种新型复合带通型频率选择表面研究

带通型频率选择表面在空间电磁波滤波上有重要作用,本文提出并计算和仿真了一种复合型频率选择表面单元结构,在12 GHz到18 GHz仿真得到2 GHz的-3 dB带宽.在实验室条件下进行了远场区透射性能实验,介绍了实物FSS板参数和制作工艺;实验设备准备过程;实验方法与步骤.实测结果与仿真结果对比证实了该FSS结构具有良好的空间电磁波选频滤波能力.     

方环可调频率选择表面吸收体

讨论了带金属导电背板的可调频率选择表面(FSS)吸收体,这种FSS吸收体的阻抗层是无损耗的,集总器件被对称加载到FSS周期单元上.FSS周期单元的谐振频率在特定的频带内会随着集总器件电阻值的改变而发生平移,反射损耗低于-20dB的可调带宽可以覆盖6～12GHz,而且该吸收体的反射、传输特性基本不受入射波入射角度的影响.人射波经过FSS吸收体后基本被消除,而且吸收体的厚度要比传统FSS吸收体薄得多.     

一种双频陷波的频率选择吸波器设计

提出一种双频陷波的频率选择吸波器,仿真结果表明,该结构可以在4.05～10.85 GHz频带范围内实现反射系数小于-10 dB的吸波,两个陷波频点分别出现6.71 GHz和8.4 GHz处,且相互独立,通过变化阻抗表面层缝隙和AMC贴片尺寸可以分别调节两个陷波频点的位置。     

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。     

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。     

电容加载对频率选择表面传输特性的影响

有源频率选择表面,是指在频率选择表面中加入变容二极管或PIN二极管等有源器件构成的FSS结构,通过有源器件的可调性来实现对FSS性能的控制。文中根据有源器件的电容等效原理,设计了一种方形缝隙FSS结构,研究了电容加载对FSS传输特性的影响。仿真结果表明,加载电容后其谐振频点向低频偏移,带宽减小,且加载电容对FSS传输特性有较好的可控性。     

双屏频率选择表面中间电介质层对传输特性的影响规律

应用模式匹配分析技术,研究了中间加载电介质层的双屏Y孔单元频率选择表面(FSS)的电磁波传输特性.讨论了中间电介质层介电常数、厚度以及传输损耗值对双屏FSS结构的中心频率、传输带宽及传输损耗的影响规律.计算结果表明,双屏FSS中间加载的电介质层可以优化传输特性.     

十字形频率选择表面单元的传输系数分析

传输系数是频率选择表面的一项重要技术指标。简要介绍了利用谱域Galerkin法计算平面频率选择表面传输系数的方法。该方法以平面波谱展开和傅里叶变换为基础,通过矩量法求解频率选择表面电流,进而求得传输系数。对一个十字形频率选择表面的传输系数进行了测量和计算,并将测量结果和计算结果进行了比较,两者吻合得较好,验证了本方法的正确性。     

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.     

紧凑的频率选择性表面阵列的谐振特性研究

该文对紧凑的频率选择性表面阵列的谐振特性进行了详细的研究。这类新型谐振单元尺寸大大缩小,结构紧凑,为低频段的频率选择性表面阵列的实现提供了可能。计算仿真与测量结果基本相符合。     

Ka波段宽频带频率选择表面设计

随着毫米波技术的发展和毫米波天线的广泛应用,提出了对毫米波雷达隐身的要求。基于耦合和谐振原理,设计了一种Ka波段带内透过的单层频率选择天线罩。利用谱域法对频选天线罩进行了分析计算。优化得到的天线罩仿真结果在Ka全波段内平均插入损耗小于1 dB,在45毅扫描角内35 GHz的S21 >-1. 7 dB,实现X 波段和Ku波段内的透过率小于-11 dB。最后,对频选罩的相关参数特性进行了分析,便于针对其他电性能要求进行优化改进。     

一种基于六边形环状结构的双阻带红外频率选择表面

为实现中红外大气窗口(3～5μm)和远红外大气窗口(8～14μm)的低红外透过率,设计了一种双频红外频率选择表面(FSS),该FSS由两个外侧六边形内侧圆形的环状结构组成.CST电磁软件仿真结果表明,该FSS在中远红外两个大气窗口内的平均透过率低于5％,实现了中远红外的双阻带.采用表面电流分析法分析了该FSS的滤波机理,该结构通过屏内单元间的耦合形成对称电流模式,使散射场增强,透过率降低,形成了相应波段的阻带.仿真结果表明该结构具有极化稳定性,且对于不同入射角的TE波具有良好的角度稳定性,介质层厚度和损耗角正切值对传输特性影响较小,介电常数对其影响较大.     

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。