【摘要】：頻率選擇表面(Frequency Selective Surfaces簡稱FSS)是由位于介質(zhì)基底上相同的金屬貼片單元,或金屬屏上的開孔單元構(gòu)成的一種二維周期陣列結(jié)構(gòu)。在電磁波照射下,頻率選擇表面表現(xiàn)出帶通或帶阻的濾波特性,因此被用作空間濾波器。頻率選擇表面具有廣泛的應(yīng)用,例如帶通型頻率選擇表面可用來設(shè)計(jì)天線罩,帶阻型頻率選擇表面可以作為反射面天線的副反射器。本文從頻率選擇表面的應(yīng)用背景出發(fā),在研究了該結(jié)構(gòu)的濾波機(jī)理和分析方法后,以傳統(tǒng)的頻率選擇表面功能單一、單元尺寸大為突破口,引出可重構(gòu)技術(shù)和小型化技術(shù)這一研究熱點(diǎn),并針對可重構(gòu)及小型化頻率選擇表面進(jìn)行了深入的研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.研究了頻率選擇表面的基本理論,分析了影響其性能的重要技術(shù)參數(shù),并結(jié)合頻率選擇表面的分析方法,對兩種典型頻率選擇表面單元的濾波特性進(jìn)行了研究,為可重構(gòu)頻率選擇表面和小型化頻率選擇表面的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。2.為解決傳統(tǒng)頻率選擇表面功能單一的問題,本文基于二極管的加載技術(shù),設(shè)計(jì)了兩款具有可重構(gòu)特性的頻率選擇表面單元。首先對經(jīng)典十字型單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),將其與變?nèi)荻䴓O管進(jìn)行一體化設(shè)計(jì),獲得了具有頻率可調(diào)特性的頻率選擇表面單元。然后,將變?nèi)荻䴓O管替換為PIN二極管,獲得了具有單雙頻可切換特性的頻率選擇表面單元。3.為解決傳統(tǒng)頻率選擇表面角度穩(wěn)定性差的問題,本文基于2.5D封閉環(huán)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一款具有高角度穩(wěn)定特性的頻率選擇表面單元。首先調(diào)研了小型化頻率選擇表面的方法,并研究了金屬化通孔實(shí)現(xiàn)單元尺寸小型化的原理,然后設(shè)計(jì)出一種高角度穩(wěn)定的2.5D封閉環(huán)單元,仿真結(jié)果表明該單元對于0°~80°入射的電磁波具有良好的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上,通過加載具有縫隙的金屬貼片,使其諧振頻率下降,獲得了一種兼具高角度穩(wěn)定特性和小型化特點(diǎn)的頻率選擇表面單元。最后,對該頻率選擇表面進(jìn)行了加工和測試,測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了上述設(shè)計(jì)方法的有效性。4.為解決傳統(tǒng)頻率選擇表面的單元尺寸大的問題,本文基于2.5D封閉環(huán)結(jié)構(gòu),通過對單元內(nèi)部的金屬化通孔進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)了一款具有小型化特點(diǎn)的頻率選擇表面單元。本文以傳統(tǒng)的2.5D封閉環(huán)單元為研究對象,將單元內(nèi)部的金屬化通孔進(jìn)行分段處理,引入不同的中間層結(jié)構(gòu),并對比不同的中間層對小型化單元尺寸的影響程度,最終設(shè)計(jì)了中間層為“U”字形的2.5D封閉環(huán)結(jié)構(gòu),其單元尺寸達(dá)到0.033λ。此外,通過對比研究發(fā)現(xiàn),隨著引入中間層數(shù)量的增加,單元尺寸的小型化程度也愈加明顯。最后,對該頻率選擇表面進(jìn)行了加工和測試,測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,證明了本文提出的方法對小型化2.5D頻率選擇表面單元尺寸具有可行性。
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1.1 戰(zhàn)斗機(jī) F22不僅帶通型的頻率選擇表面可以用于隱身，帶阻型的頻率選擇表面在雷達(dá)隱身技術(shù)中也有重要應(yīng)用，例如帶阻型頻率選擇表面可以用作天線的反射面，在己方雷達(dá)天線工作頻段范圍內(nèi)，頻率選擇表面呈現(xiàn)為全反射特性，確保己方雷達(dá)能夠正常工作；對于己方雷達(dá)天線工作頻段范圍之外的電磁波，頻率選擇表面表現(xiàn)為全透射特性，對敵方的探測雷達(dá)波不再產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，實(shí)現(xiàn)了己方雷達(dá)天線設(shè)備的隱身。除此之外，對于入射的敵方電磁波，如果能夠在頻率選擇表面的后面加載吸波材料，就可以將其吸收掉，實(shí)現(xiàn)的隱身效果會更好。頻率選擇表面在隱身技術(shù)中的重要價(jià)值和作用，使得它一直是學(xué)者們近年來研究的熱點(diǎn)。頻率選擇表面除了應(yīng)用在隱身技術(shù)中

再后來，有限元方法和時(shí)域有限差分法與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，進(jìn)一步簡化了頻率選擇表面的分析和設(shè)計(jì)。圖1.2 基于 SIW 技術(shù)的 FSS 結(jié)構(gòu)示意圖[27]因?yàn)樵谲娛路矫婢哂兄匾膽?yīng)用價(jià)值，歐美國家從發(fā)展初期就一直致力于對頻率選擇表面的研究，但是在其他國家和地區(qū)，頻率選擇表面并未得到推廣和應(yīng)用。直到20 世紀(jì) 90 年代，由于空間科學(xué)領(lǐng)域的迫切需求以及頻率選擇表面作為天線罩這一隱身技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用，國內(nèi)眾多高校和科研單位開始極大地重視對頻率選擇表面的實(shí)際應(yīng)用研究，，并在研究過程中取得了一系列的科研成果。例如章文勛教授課題組利用譜域法準(zhǔn)確而高效地求解無襯底的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)、洪偉教授利用直線法有效地分析周期結(jié)構(gòu)的散射特性、馮林等利用等效電路法獲得具有良好穩(wěn)定性和頻率可調(diào)性的頻率選擇表面以及侯新宇教授采用模式匹配法研究頻率選擇表面等，這都極大地推動了頻率選擇表面在國內(nèi)的發(fā)展。隨著頻率選擇表面的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的頻率選擇表面由于功能單一、單元尺寸大等缺點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O441;TN713

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本文編號：2604274