利用电场与磁场耦合制备微型化频率选择表面

利用感性表面(金属栅格)与容性表面(间隔的金属环形贴片)之间的耦合机制制备了微型频率选择表面(MEFSS)。依据传输线理论给出电感、电容近似公式,定性分析了MEFSS结构参数,采用全波分析矢量模匹配法计算了不同几何结构参数与耦合层电参数MEFSS的传输特性。通过镀膜与光刻法在500μm厚聚酰亚胺膜两侧以矩形排列方式制备了12个0.125λ集总电感单元与集总电容单元,利用自由空间法测试了240mm×240mmMEFSS样件的传输特性。结果显示,测试样件中心频点为14.636GHz,透过率为-0.382dB,-3dB,带宽为2.17GHz时,单元尺寸为0.125λ;当单元尺寸变小时,中心频点向高频漂移,其透过率下降;固定单元尺寸,中心频点随固定电感宽度、电容间隔和环形贴片宽度的增加而向高频漂移;耦合层厚度增加0.4mm,中心频点向低频漂移1.4GHz,且透过率降低2.6dB;相对介电常数由3.5变为2,中心频点向高漂移2.8GHz。结论显示,利用感性与容性表面耦合机制能制备单元尺寸为0.125λ的FSS,其具有微型化、宽通带和对入射波角度不敏感的特点。     

新型单元的频率选择表面

通过对传统的十字单元进行改进,设计了一种新型单元的频率选择表面(FSS).利用模式匹配法,从理论上对比分析了传统十字单元FSS和这种新型单元FSS,研究了TE波入射时角度变化和大角度入射时极化方式变化对中心频率的影响,并采用镀膜和光刻技术制备了新型单元FSS的实验样件.在微波暗窜中进行了测试,得到的实验曲线与理沦仿真曲线基本一致.结果表明,传统十字单元FSS不能实现中心频率的角度稳定性,TE波0°～45°的中心频率漂移为300 MHz,并且45°入射时中心频率的极化稳定性很差,漂移量为800 MHz;而新型单元FSS具有中心频率的角度稳定性,TE波0°～45°的入射中心频率漂移量仅为100 MHz,同时对大的入射角度具有中心频率的极化稳定性.     

一种新型单元的频率选择表面

本文通过对传统的十字单元进行改进,设计了一种新型单元的频率选择表面（FSS）。利用模式匹配法,对传统十字单元FSS和这种新型单元FSS从理论上进行了对比分析,对TE波入射时角度变化和大角度入射时极化方式变化对中心频率的影响两个方面进行了研究,并采用镀膜和光刻技术制备了新型单元FSS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：传统十字单元FSS不能实现中心频率的角度稳定性,TE波0°到45°时中心频率漂移300MHz,并且45°入射时中心频率的极化稳定性很差,漂移量为800MHz,而新型单元FSS具有中心频率的角度稳定性,TE波０°到45°入射中心频率漂移量仅为100MHz,同时对于大的入射角度,具有中心频率的极化稳定性。     

任意单元频率选择表面的有效分析方法

频率选择表面是二维周期性阵列结构,通常由导体贴片和介质或由周期性开孔的导体屏和介质构成,与入射电磁波相互作用时表现出明显的带通或带阻的滤波特性,因而是一种光子带隙材料。采用模匹配技术对带通型频率选择表面进行分析,其中单元内的常用有限元法解出。这种方法的特点是对任意单元形状的频率选择表面都适用。给出了相应的公式推导并对红外频率选择表面进行了数值计算,将所得结果与文献进行了对比,获得了很好的一致性。     

宽带复合耦合型频率选择表面

为满足具有稳定传输特性的低剖面、宽带频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)结构的需求,提出了一种基于复合耦合型结构的宽带FSS结构.基于相邻周期子单元间相位-振幅的相互调制作用,建立新型宽带FSS的物理模型.采用全波数值仿真方法分析新型宽带FSS的电磁传输特性,以及扫描角度对其电...     

具有低空气隙敏感度的雪花单元频率选择表面

针对在工程研制阶段隐身雷达罩与频率选择表面（FSS）间的空气隙引起的隐身雷达罩传输性能劣化问题,设计了一种具有低空气隙敏感度的新型雪花环状单元频率选择表面以降低空气隙的影响。采用模式匹配法进行了FSS理论仿真。为了进行对比分析,针对假定技术指标分别给出新型单元FSS和Y环单元FSS的最优化设计结构,采用光刻工艺制备出等效FSS平板样件,在微波暗室中采用自由空间法测试其传输性能以验证设计。仿真和测试结果一致表明：新型雪花单元FSS在很大的空气隙内（190~6500μm）均满足技术指标,优于Y环FSS的最大空气隙范围（320~1900μm）。最后,简要分析了雪花单元FSS设计的优点。分析结果显示,新型雪花单元FSS在满足隐身雷达罩常规技术指标的前提下,具有较低的空气隙敏感度,可在工程试验阶段用于FSS的研制。     

叠加Y环单元频率选择表面的设计

对Y环单元进行改造得到了叠加Y环单元图形,以延迟频率选择表面(FSS)的高次谐振,实现无干扰的单通带滤波器。运用谱域法分析得到的叠加Y环单元,并与Y环单元进行对比,分别讨论其角度稳定性、极化稳定性、-3dB带宽和高次谐振点。分析表明:当中心频点同为17.6GHz时,叠加Y环单元具有更窄的带宽,而高次谐波向后延迟6.5GHz,并保证了良好的极化稳定性和角度稳定性。叠加Y环单元臂长从2.78mm增大到3.18mm时,中心频率从17.6GHz下降到14.1GHz;臂宽从1.1mm增大到1.5mm时,中心频率从17.6GHz提高到20.6GHz,带宽变大;单元间距从7.2mm增加到8mm时,带宽从4.5GHz减小到3.5GHz,中心频点不变;缝隙宽度增大时,带宽变大,中心频点升高。在微波暗室中对叠加Y环单元FSS进行测试,结果与预期一致。结果表明,叠加Y环单元在保证角度稳定性与极化稳定性前提下,能够延迟高次谐振点,为工作频段内实现单通带滤波器提供了新的思路。     

窄通带高透过频率选择表面

为使大周期下带宽较窄的频率选择表面(FSS)结构透过率较高,以Y环单元为基础提出了一种提高通带透过率的新方法。该方法在周期单元内设置圆形孔径,通过增大占空比来提高透过率。运用谱域Galerkin方法数值分析了这种结构的传输特性,结果显示,确定R=0.5mm,单元周期内圆孔个数为12时,中心频点10GHz的透过率提高了0.11dB。采用镀膜与光刻相结合的技术制备了相应的试验件,并进行了微波测试,测试值与计算值基本一致。开圆孔Y环的中心频点透过率在电磁波垂直入射的情况下为-0.62dB,比对应Y环提高了0.21dB,而在30°和45°倾斜入射的情况下,TE波的透过率分别为-0.66dB和-0.81dB,比对应Y环分别提高了0.32dB和0.27dB;-3dB带宽分别为1GHz和0.8GHz,两种结构的带宽基本一致。得到的结果表明,提出的方法是大周期下提高通带透过率的一种行之有效的方法。     

频率选择表面在天线抗强电磁脉冲中的应用研究

根据天线抗强电磁脉冲毁伤的防护需求,分析了典型强电磁脉冲辐射特性,设计了一种安装于天线前端用于衰减强电磁脉冲的频率选择表面,提高了天线抑制工作频带外强电磁脉冲毁伤的能力,并通过仿真试验验证了频率选择表面对天线抗强电磁脉冲的可行性,为天线的强电磁脉冲防护技术研究提供参考。     

一体化曲面共形频率选择表面雷达罩

频率选择表面雷达罩能有效提高飞行武器的隐身性能,而复杂不可展开曲面上频率选择表面的加工存在技术难题。本文利用CST仿真软件,分析了基于Y-型单元结构的二维无限大频率选择表面的电磁传输特性,同时构建三维雷达罩内置相控阵天线模型,分析了不同扫描角度下曲面雷达罩的透射率和瞄准误差,从理论上论证了方案的可行性。在此基础上,提出了一种基于多自由度激光机器人与旋转台联动的一体化曲面厚屏频率选择表面雷达罩加工方案。微波暗室测试结果表明,制备的共形曲面FSS雷达罩带内透射率达到80%左右,带外透射率低于10%,展示了良好的电磁滤波特性。这种工艺能够满足各种大型共形曲面FSS雷达罩的一体化加工需求。     

对称双屏Butterworth型频率选择表面的设计

分析了对称双屏频率选择表面(FSS)结构如何实现Butterworth型FSS和获得\"平顶\"和\"陡截止\"的\"矩形化\"滤波特性。结合平面波展开法与互导纳法,给出了缝隙阵列导纳和缝隙阵列之间的互导纳。以Y孔形单元为例,数值计算并分析了FSS屏与中间电介质对Butterworth型FSS的影响;然后在500mm×500mm聚酰亚胺基底镀15μm铜膜,制作出Y孔型FSS并将其粘贴于介质两侧。用自由空间法测试其传输特性,测试结果与仿真结果基本一致。当中间电介质电厚度为2.15mm,单元周期为7.2mm×6.2352mm,臂长为3.6mm,臂宽为0.8mm时,双屏FSS的互导纳与单屏FSS导纳的实部相等,从而得到Butterworth型FSS。当FSS单元周期增加0.6mm,3dB带宽由3.5GHz缩减为2.1GHz时,截止度增加。分析认为,对称双屏Butterworth型FSS的设计应遵循以下原则,即在满足谐振尺寸的前提下采用无加载孔径型单元且单元周期小于0.4λ,其缝隙长宽比应小于5.5,中间电介质电厚度约为0.1λ。     

Y孔分形频率选择表面的设计

提出了将分形理论应用于频率选择表面(FSS)设计,以使单屏FSS具有多频谐振特性,进一步满足现代通信设备对多频带及集成化的要求。首先,以结构对称、抗交叉极化特性好的Y孔单元为例,经过递归、迭代产生二阶Y孔分形单元,给出计算单元几何分布的公式。然后,结合Floquet周期条件,应用全波周期矩量法得到描述FSS表面电流分布的电场积分方程,定量分析了入射电磁波在不同极化方式下Y孔分形FSS单元的极子长度、孔径宽度等结构参数及排布方式对其频率响应特性的影响。最后,采用成熟的镀膜、光刻工艺制备Y环分形FSS样件并在半电波暗室进行FSS传输特性测试。结果表明,在第一谐振波长的经验估算值约为0.79×(4倍极子长度),孔径宽度W由1mm增至1.5mm时,带宽展宽了650MHz,角度稳定性对单元排布方式较敏感。得到的测试结果与数值结果一致,表明单屏分形FSS具有多频谐振的特性,其透过率及-3dB带宽均可通过参数优化满足工程应用基本要求。     

感性非接触式电缆故障在线诊断方法研究

提出采用感性耦合技术实现非接触式电缆故障在线诊断的方法,解决现有非接触式诊断中容性耦合信号衰减量大、诊断效果不佳问题。相比于接触式诊断,非接触式诊断避免了诊断装置与待测电缆的电气连接问题,更安全更方便。首先基于感性耦合主要影响因素(互感、宽带信号耦合能力),理论分析理想条件下感性耦合与接触式直接注入式诊断效果一致时,耦合器的材质及参数特性,对感性耦合器进行了分析设计;进而分析和仿真验证即便在耦合器实际寄生参数影响下,其衰减程度依旧小于容性耦合,最后通过实验验证感性非接触式故障诊断检测率可达93%以上、定位误差在0.42 m以内,该方法具有高的实际推广应用价值。     

装配误差衰减双屏"十"字环FSS传输特性研究

用Galerkin矩量法计算电场积分方程的方法,数值计算、分析了装配误差引起双屏FSS频率响应衰减变化特性.由实际经验建立了双屏FSS(频率选择表面)装配误差物理和结构模型,并提出了具体数值分析计算方法.基于数值分析结果表明,装配误差为单元周期长度10%时,频率响应幅值衰减最大;当装配偏移方向与入射波极化方向一致时,产生相位插入延时并且相位与频率关系曲线发生变形;当装配偏移方向与入射波极化方向正交时,出现较大相位延迟.     

非接触式心电测量的噪声抑制研究

噪声抑制是基于容性耦合原理的非接触式心电传感器与心电测量研究中的关键问题.首先针对接地屏蔽与动态驱动屏蔽2种噪声屏蔽方法,通过理论分析与实验数据证明了接地屏蔽方法的缺点;其次在传统噪声抑制研究的基础上,提出并采用优化滤波电路结构设计与可变增益容性耦合右腿驱动抑制共模干扰的方法,提高了系统信噪比;最后在此基础上研究并实现了非接触式心电传感器与心电测量系统.实验结果表明,该系统对噪声的抑制效果明显,可稳定地实现非接触式心电信号测量,并对法向运动伪迹具有一定的抑制作用.