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.     

频率选择表面等效电路的计算与分析

提出一种利用全波数值计算和等效电路理论反演介质中频率选择表面(FSS)等效电路的方法。该方法物理过程直观,适用于任意形状FSS等效电路的精确求解。采用经典方环型FSS,验证该等效电路提取方法的可行性。最后采用该方法研究圆形缝隙型FSS结构尺寸、介质材料以及电磁波入射角对其等效电路参数的影响规律,为后续FSS等效电路研究及快速设计奠定理论基础。     

一种改进的频率选择表面等效电路模型

等效电路模型可以快速分析具有平行直线单元的频率选择表面,然而,现有的等效电路模型由于没有考虑介质厚度与相对介电常数的影响,在分析介质加载的频率选择表面时出现偏差。提出了一种方法,即将等效介电常数的概念引入到模型中,等效介电常数为介质厚度和相对介电常数的函数,采用曲线拟合确定该函数。通过仿真验证该模型在分析介质加载频率选择表面时精度较好。     

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。     

介质损耗对频率选择表面传输特性的影响

应用模匹配技术,研究了Ｙ形缝隙平面周期阵列夹嵌于均匀有耗介质中心的夹心频率选择表面（ＦＳＳ）结构对平面波的传输特性。讨论了介质层对结构中心谐振频率、传输带度、以及传输损耗的影响规律。相同介电常数的介质材料在有耗和无耗情况下的模拟分析结果清楚表明介质本身的损耗是影响ＦＳＳ结构损耗特性的主要因素。     

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。     

介质损耗对频率选择表面传输特性的影响

应用模匹配技术,研究了Y形缝隙平面周期阵列夹嵌于均匀有耗介质层中心的夹心频率选择表面(FSS)结构对平面波的传输特性。讨论了介质层对结构中心谐振频率、传输带宽、以及传输损耗的影响规律。相同介电常数的介质材料在有耗和无耗情况下的模拟分析结果清楚表明介质本身的损耗是影响FSS结构损耗特性的主要因素。     

含各向异性介质衬底频率选择表面的直线法分析

运用直线法对一以单轴各向异性介质层为衬底的频率选择表面(FSS)进行了分析,考虑到介质层的各向异性,文中对直线法的常用方式作出了一定的修改,并详细介绍了整个方法实现过程。最后,对几套不同介电参数的FSS进行了计算,考虑了介质衬底的各向异性对FSS电磁特性的影响。     

基于SRR结构的多频带频率选择表面

为实现频率选择表面(FSS)的多频带特性,将开口谐振环(SRR)结构引入多频带FSS的设计中.基于等效电路和仿真模型分析了单个SRR的电磁谐振特性,及其作为FSS结构单元而产生的电磁耦合.最后,利用有限元仿真软件HFSS计算了理想状态下无穷大周期性结构的多频带FSS,并通过对FSS的传输和反射频谱研究,揭示这种FSS谐振频率与SRR结构基本几何参数的内部关系.     

频率选择表面的分析方法和仿真技术研究

采用有限元法对频率选择表面进行分析,研究Ansoft HFSS软件用于频率选择表面仿真的可行性。以六边形单元频率选择表面为实例探索Ansoft HFSS软件仿真频率选择表面的方法及过程。采用光刻技术制作出六边形单元频率选择表面样片。通过对仿真曲线和样片实测曲线的对比,证明Ansoft HFSS软件用于频率选择表面仿真的方法是正确的。同时,通过圆环和十字单元结构的实例,进一步验证了其仿真的可靠性。软件仿真中同时考虑了频率选择表面的频域特性和时域特性,而用传统的计算方法设计的频率选择表面只能考虑其中的一种特性,因此该仿真设计方法更准确。     

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。     

一种Ku频段弯折结构小型化频率选择表面

针对当前微波系统对小型化频率选择表面的需求,提出了一种基于弯折结构的小型化频率选择表面,通过将三极子和末端圆弧组合的方式实现尺寸的缩减。对设计的结构进行了仿真设计与加工测试,实验结果表明,其谐振频率为13.06 GHz,呈现带通特性,单元尺寸为谐振波长的0.16倍,-10 dB带宽为0.159 GHz,并且具有良好的入射角度稳定性。所采用的这种弯折单元结构的设计方法可以在其他小型化频率选择表面结构中应用。     

Wideband to narrowband/dual band characteristics of monopole antenna using frequency selective surfaces

A monopole antenna having desirable transmission characteristics with high gain is proposed. The monopole antenna comprises 45° tilted square shaped patch and modified rectangular metallic ground plane on FR4 dielectric substrate. The proposed monopole antenna operates from 2.6 GHz to 9.7 GHz with maximum peak gain of 2.3 dBi. Now, a dual-layer aperture-type FSS is designed having a passband from 5.9 GHz to 9.2 GHz and incorporated with the proposed monopole antenna. Thus, the combination only covers the selective frequency band from 5.5 GHz to 8.7 GHz with a stable gain of around 5 dBi. Second, another FSS is designed, which has one stop-band from 4.1 GHz to 5.4 GHz and two passbands on the both sides of this stop-band. This combination does not work from 4.1 GHz to 5.5 GHz but covers dual band from 2.48 GHz to 3.3 GHz with a peak gain of 5 dBi and 5.5 GHz to 10 GHz with a peak gain of 5.5 dBi. Therefore, without modifying the antenna design, any tunable transmission band can be achieved by the proposed combination. The proposed antenna and FSS combination structure may be suitable for military wireless applications for its band selection characteristics.     

圆型厚屏频率选择表面的特性研究

相对于薄屏频率选择表面而言,厚屏频率选择表面可以通过高精度机械加工手段直接利用金属屏获得,加工方法简单。同时,厚屏频率选择表面具有更高的Q 值和较少的介质匹配问题。在设计了一种圆形厚屏频率选择表面的基础上,通过时域有限差分法进行了数值仿真,研究了单元尺寸、单元周期和屏厚度等参数对其传输特性的影响,并通过机械加工方法进行了样件的微波暗室测试对比。结果表明:随着单元周期和屏厚度的增加,工作带宽和中心频点降低;随着单元尺寸的增加,工作带宽增加,但中心频点降低。仿真结果与测试结果规律相一致。     

基于单层频率选择表面的轻质宽频吸波体设计

为解决现有的微波吸波体不能同时具有低面密度和高吸收率的问题,提出了一种电阻式闵可夫斯基环频率选择结构(RMLFSS).RMLFSS整体厚度为6.6 mm,面密度不超过0.678 kg/m2.RMLFSS有三层,分别是电阻频率选择表面(RFSS)、PMI泡沫板和金属地面.RFSS由打印在PI薄膜上的闵可夫斯基环阵列构成,...     

加载频率选择表面的特性研究

采用加载技术对普通频率选择表面进行了改进,同时使用周期矩量法对它的特性进行了分析.仿真结果表明,通过不同的加载可以实现不同频段的工作,特别是在保持尺寸不变时使谐振频率大幅降低,为频率选择表面的发展提供了新的方向.制作了实际的电路,测量结果和仿真结果基本吻合.     

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...     

一种磁通门传感器的选频放大电路设计

由单个运放和电阻、电容网络构成的传统磁传感器信号处理电路中的选频放大电路是一种多环反馈型带通滤波器,其拥有电路结构简单、可靠性高、成本低等特点,但由于电路中电阻、电容的值较大,不易于集成。基于将磁通门传感器微型化的目的,在已有的Hspice磁通门探头信号产生模型的基础上,提出了一种由双二阶模块级联的开关电容带通滤波器来实现选频放大的方法,运用互补开关技术和动态范围定标技术,提高了滤波器的精度。利用Hspice进行仿真验证,结果表明:3 V供电电压下,与用CMOS技术实现的传统模拟带通滤波器相比,开关电容带通滤波器能较好地将磁通门传感器中的二次谐波进行选择并放大。     

用于检测血清中毒品的频率选择表面的设计

本文基于频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)的空间滤波性能设计了一个响应频带在可见光及更短波段的带阻型频率选择表面,用于血清中冰毒的检测。结合已有的设计经验和仿真测试结果提出了双屏方环FSS单元结构,通过为其设定适当的结构参数初步实现了600～1 000 THz的阻带。在此基础上分析了影响频率选择表面传输性能的各项参数,分析了方环尺寸大小、中间介质层厚度、介质层介电常数等对FSS传输性能的影响;基于此,综合考虑各项参数的影响,利用仿真软件HFSS进行了多次仿真求解,得到最优情况下的方环外边长为120 nm,内边长为100 nm,单元周期为140 nm,介质厚度为60 nm,金属贴片为厚度10 nm的银,介质层材料为介电常数是2.08的Neltec NY9208。所得到的最优情况下的FSS单元结构阻带为500-1 000 THz,带内透射率可达到5%以下,通带为1 000-1 600 THz,带内透射率可达到90%以上,可以实现滤除血清自身荧光信号的设计目标。