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.     

基于频率选择表面的太赫兹双通带滤波器研究

目前双频带频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)结构存在的通带选频性能有限。为了提高太赫兹频段通带滤波器件的性能,设计了一种基于频率选择表面的太赫兹双通带滤波器。该器件主要由三层正四边形的同心金属铜环组成,中间加载了介质衬底。金属层与衬底的厚度均为0.04λ,其中λ为低频波段的波长,单元尺寸为0.15λ。根据等效电路法分析了该结构产生双频通带的原因,并对设计的结构优化作了进一步的讨论。通过改变等效电路元件的参数等价地调整了原始结构的几何参数。仿真结果与理论计算基本吻合,优化后的器件可在2.74 THz和8.17 THz两个中心频率处实现通带滤波。低频处的-1 dB通带范围为2.24～3.25 THz,插入损耗为-0.05 dB;高频处的-1 dB通带范围为7.63～8.71 THz,插入损耗为-0.12 dB。滤波特性曲线的陡峭度好且相对带宽均超过10%。该结构尺寸小,频率选择性好,角度稳定性高,可用于太赫兹频段的宽频带滤波,对未来的太赫兹通信具有重要的应用价值。     

一种低频段小型化带通频率选择表面天线罩设计

具有陡峭截止性能的带通型频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)在低频段天线设计中有重要应用需求,而传统带通型FSS设计在低频段存在单元尺寸过大和散射栅瓣等问题。为此,提出了一种低频段小型化的带通型FSS天线罩。该结构通过多层非谐振型FSS级联而成,并采用介质加载和FSS单元交叉曲折等小型化设计技术,使其具有S频段二阶带通空间滤波特性,相对带宽达到25%。同时,FSS单元尺寸减小至1/16λ0（λ0为中心工作波长）,天线罩电厚度约为1/20λ0 。基于带通FSS的等效电路模型,给出了详细的FSS单元小型化设计过程,完成了该S频段小型化二阶带通型FSS天线罩实物样件加工和传输特性测试工作,测试结果与全波仿真结果吻合较好。     

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。     

利用小型化频率选择表面实现宽带电磁透明

为了实现微波宽带高透明性材料,采用了小型化频率选择表面的方法,设计了一种由一层容性贴片和一层S形感性网栅构成的电磁透明材料,结果表明,这种电磁透明材料-1 dB相对带宽可达99.4%,实验结果与仿真结果吻合。同时,斜入射实验结果显示,该结构在横电波和横磁波偏振入射波40°角入射条件下仍具有较好的角度稳定性。     

一种具有多传输零点的二阶带通三维频率选择表面

提出了一种具有多传输零点的二阶带通三维频率选择表面(Three-dimensional Frequency Selective Surface, 3D FSS),单元结构由上下端面刻蚀相同金属方环的介质方块、金属方筒和介质方筒嵌套而成,形成了方波导(Square Waveguide, SW)和平行板波导(Parallel Plate Waveguide, PPW)2个传播路径。SW路径上下端面均构成由LC串联谐振器与电感并联的混合谐振单元。借助这2个混合谐振单元之间的电磁耦合作用,实现了3D FSS的二阶通带和宽阻带特性。此外,PPW路径与SW路径出射端的电场矢量反相抵消,在通带左侧产生了第3个传输零点。借助等效电路建模和设计参数分析,阐述了FSS的工作机理。仿真结果表明,所提出的3D FSS单元电尺寸为0.215λ₀×0.215λ₀(λ₀为自由空间波长),3 dB通带相对带宽为7.9%,20 dB阻带相对带宽为50%,并在0°～60°入射角范围内传输频响具有较好的角度稳定性和极化一致性。     

基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器的设计与分析

目前三通带太赫兹滤波器存在通带带宽差异大的问题。为了提高太赫兹滤波器三通带的带宽均匀性，设计了一款基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器，其结构由三个嵌套式“十”字环金属贴片、“十”字金属贴片和聚酰亚胺衬底三层结构组成。当太赫兹波垂直入射到滤波器表面时，在0.1～0.862 THz范围内形成三个滤波通带，各通带的峰值透射系数约为0.9,具有较好的通带性能，并且通带之间的传输零点的透射系数都在0.07以下，带外抑制良好。各通带的3 dB带宽的最大通带比约为1.29,10 dB带宽的最大通带比约为1.13,具有较好通带均匀性。三个工作通带的矩形系数均大于1.7,通带边沿陡峭，频率选择性良好。该滤波器具有透射系数高、带宽差异小、结构简单和易于加工等特点，其在太赫兹的多信道通信领域具有广阔的应用前景。     

开口圆环单元带通频率选择表面的仿真与测试

通过对常规圆环孔单元加载金属贴片得到改进的开口圆环单元。分析结果表明:TE模入射时,与封闭圆环频率选择表面(FSS)相比,圆环开口对传输特性几乎没有影响,谐振频率稳定在12 GHz,–3 d B带宽为8 GHz;然而TM模入射时,单开口圆环FSS结构使谐振频率降低到5.5 GHz,并在16.6 GHz出现二次谐振,而双开口圆环FSS结构使谐振移向更高的频率21.5 GHz。     

多层频率选择表面的分析

本文利用矩量法和广义散射矩阵理论分析了多层频率选择表面的散射特性。通过引入广义波导概念,可以统一分析单元形状为任意的多层频率选择表面。作为示例,计算了几种不同结构频率选择表面的散射特性,结果与文献中给出的数据相符。     

基于超材料等效介质理论的带通频率选择表面设计及验证

提出了一种构建超材料带通频率选择表面的新方法,该方法通过调节单元结构的等效介电常数实现.金属丝阵列在等离子频率以下等效介电常数为负,产生传输禁带,在金属丝阵列中加入介电常数符合Lorentz模型的短金属线结构,可得到一维带通频率选择表面,理论分析和仿真计算充分验证了这种方法的可行性.基于这种方法,将一维超材料频率选择表...     

具有宽频特性带通频率选择表面的设计

基于高阶特性的频率选择表面（FSS）有更好的带宽展宽性,提出了利用高阶带通FSS的方法 来 设计具有宽频特性的带通FSS。设计了一种基于圆结构具有五层结构的FSS,利用仿真软件对 FSS单元进行计算和分析。分析结果表明：此五层结构的FSS具有三阶单通带性能,其绝对 带宽达到6.07 GHz,相对带宽达到72%,通带平稳光滑,通带内插损小,对不同角 度、 不同极化方式入射的电磁波保持很好稳定性。此FSS具有很稳定的宽频特性,从而验证了此 宽频带通FSS设计方法的可行性。     

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.     

非谐振多层级联频率选择表面研究

为了减少工作在L波段的机载天线对高于其工作频率范围来波的散射,设计了一种非谐振单元组成的多层级联结构阵列.它是在十字网栅电感层基础上,通过螺旋曲折线的形式有效延长电流路径,加大电感层的感性效应,这种折线螺旋能够控制单元尺寸,还能抑制高阶模和栅瓣的出现.采用修改电容层金属图案的方法,将贴片单元变为谐振型的方环单元,并将这种带阻型方环单元的传输极点置于阵列干涉点处,可以有效抑制由阵列干涉造成的窄传输峰,从而减少高频电磁波散射的影响,达到减小电磁散射对飞机雷达散射截面的影响,从而实现表面频率选择.采用高频电磁场仿真软件对上述设计的物理模型和等效电路模型进行了仿真,并对结构尺寸进行了优化设计.通过实验对设计样品进行了测试和分析,结果表明上述设计能够达到频率选择的目的.     

基于第二代电流传输器的二阶带通滤波器设计

设计了一种单端输入单端输出的电流模式带通滤波器,核心部件为用三极管设计的第二代电流传输器（CCⅡ）.电路由两个CCⅡ和一些无源器件构成,通过偏置电流控制其中心频率,实现对信号的带通滤波功能.该滤波器提供了更大带宽下的更高电压增益,解决了电压跟随不理想的问题,且具有更低的无源灵敏度,能广泛应用于无线通讯、射频等高频模拟电路中.使用Hspice软件仿真分析并验证了理论设计的准确性和可行性.     

基于LTCC工艺的小型化可调频带通滤波器的设计

设计了一款基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的小型化带通滤波器。采用两谐振器之间的耦合效应,减小了器件的尺寸。在HFSS中建立滤波器模型并仿真,滤波器的中心频率为1.07 GHz,带宽为428 MHz,回波损耗大于22 dB,2 f_0处抑制大于45 dB,整体尺寸仅为6.5 mm×4 mm×0.9 mm。在此滤波器上模拟表贴变容二极管来调节两个谐振器中的电容实现中心频率可调。结果表明,滤波器的中心频率在1.05~1.23 GHz内连续变化,在中心频率变化过程中插损始终小于1 dB,回波损耗始终大于15 dB,2f_0处抑制大于45 dB。