發(fā)布時間：2020-07-29 12:55

【摘要】：頻率選擇表面(Frequency selective surface,FSS)作為空間濾波器,對具有不同工作頻率、極化狀態(tài)及入射角度的電磁波具有頻率選擇的特性,因而廣泛應用于現(xiàn)代天線與微波通信系統(tǒng)中。傳統(tǒng)二維FSS可在介質(zhì)基片上印刷一層金屬貼片或在金屬板上蝕刻孔徑縫隙結(jié)構(gòu)來實現(xiàn),其工作模式單一,難以實現(xiàn)高質(zhì)量的濾波性能,如高選擇性濾波性能、頻率選擇吸波性能以及多頻帶特性等。新型三維FSS是由三維立體單元結(jié)構(gòu)在周期面內(nèi)排列而成,由于其獨特的腔體構(gòu)造,能夠激勵出多種諧振模式或構(gòu)造出多個諧振器,使其更加容易產(chǎn)生多個傳輸極點或零點,從而實現(xiàn)高質(zhì)量的濾波性能。鑒于此,本文采用層疊槽線單元、矩形波導加載槽線單元等,分別實現(xiàn)了寬阻帶帶通FSS、透射(反射)-吸波式FSS以及多頻帶FSS,具體研究內(nèi)容如下:(1)本文首先介紹了FSS的研究背景及基本概念。其次,從結(jié)構(gòu)的構(gòu)成方式和工作機理兩個角度對傳統(tǒng)二維FSS和新型三維FSS進行了對比。最后,分別介紹了FSS的常用分析方法,并以金屬條帶結(jié)構(gòu)和層疊微帶結(jié)構(gòu)為例,著重介紹了等效電路方法在FSS設(shè)計中的應用。(2)在高選擇性濾波性能方面,本文基于層疊槽線單元實現(xiàn)了一個具有寬阻帶的帶通FSS。首先,介紹了均勻?qū)盈B槽線結(jié)構(gòu)的工作機理,并建立相應的等效電路模型。其次,根據(jù)等效電路模型,闡述寬阻帶帶通FSS的設(shè)計過程,并加工和測試設(shè)計的最終結(jié)構(gòu),測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合良好。(3)在頻率選擇吸波性能方面,利用層疊槽線結(jié)構(gòu)設(shè)計了透射-吸波式FSS,深入分析了其工作機理,并加工得到了雙極化透射-吸波式FSS結(jié)構(gòu),測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合良好。其次,基于傳輸線電路模型設(shè)計實現(xiàn)了反射-吸波式FSS結(jié)構(gòu),并通過層疊槽線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)該結(jié)構(gòu),全波仿真結(jié)果與等效電路結(jié)果吻合良好。(4)在多頻帶研究方面,本文提出三頻帶帶通FSS。首先,在矩形波導中間位置縱向加載階躍槽線結(jié)構(gòu)A實現(xiàn)一個具有寬阻帶的帶通FSS。其次,在實現(xiàn)的寬阻帶帶通FSS基礎(chǔ)上,繼續(xù)加載槽線結(jié)構(gòu)B實現(xiàn)一個雙頻帶通FSS。然后,在實現(xiàn)的雙頻帶通FSS基礎(chǔ)上,繼續(xù)加載槽線結(jié)構(gòu)C,實現(xiàn)一個三頻帶通FSS結(jié)構(gòu)。最后,加工并測試了上述三種FSS,然而由于矩形波導框架加工方式存在問題,導致其測試結(jié)果存在較大的損耗,需要進一步改進。
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN713
【圖文】：

圖 1.3 透射型（反射型）和透射（反射）-吸波式 FSS 理想頻率響應（a）結(jié)構(gòu)示意圖 （b）廣義等效電路圖 1.4 傳統(tǒng)二維透射-吸波式 FSS早期研究的透射-吸波式 FSS 結(jié)構(gòu)僅能夠在通帶外的一側(cè)提供吸收帶[20-27]，為了在通都能實現(xiàn)吸波，文獻[28]中基于方環(huán)和交叉偶極子結(jié)構(gòu)提出一種比較復雜的結(jié)構(gòu)，然帶內(nèi)會有電流通過損耗層，這將會導致帶內(nèi)的插入損耗比較高。因此，為了減小帶

5（a）結(jié)構(gòu)示意圖 （b）廣義等效電路圖 1.4 傳統(tǒng)二維透射-吸波式 FSS早期研究的透射-吸波式 FSS 結(jié)構(gòu)僅能夠在通帶外的一側(cè)提供吸收帶[20-27]，為了在通都能實現(xiàn)吸波，文獻[28]中基于方環(huán)和交叉偶極子結(jié)構(gòu)提出一種比較復雜的結(jié)構(gòu)，然帶內(nèi)會有電流通過損耗層，這將會導致帶內(nèi)的插入損耗比較高。因此，為了減小帶耗，通常有兩種方法，第一種方法是使吸收帶遠離通帶，但是這種方法在實際應用取[20-27]；另外一種方法則是在損耗結(jié)構(gòu)中引入額外的 LC 諧振電路。然而，以上所提于傳統(tǒng)二維 FSS 所設(shè)計的透射-吸波式 FSS 結(jié)構(gòu)都有著尺寸較大的問題存在，這也大的入射角度情況下，其頻率響應穩(wěn)定性不是很好。另外，由于二維 FSS 單一的諧

6（c）頻率響應曲線圖 1.5 透射-吸波式 FSS 結(jié)構(gòu)SS 最早在文獻[29]中提出，但是該結(jié)構(gòu)的插入損[30]對該結(jié)構(gòu)做出改進，即在沒有引入額外的 L低了通帶內(nèi)的插入損耗。進一步地，在文獻[31獲得更寬的高頻吸收帶，但是該結(jié)構(gòu)太過復雜SS 雖然在單元尺寸和角度穩(wěn)定性方面有所提高結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)的原因。因此，本章節(jié)將基于單

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本文編號：2773990