頻率選擇表面(Frequency Selective Surface,FSS)是由周期陣列結(jié)構(gòu)排列而成的無限大平面結(jié)構(gòu),它可以根據(jù)需要對入射電磁波實(shí)現(xiàn)選擇性傳播。該結(jié)構(gòu)在電磁波技術(shù)的諸多方面得到廣泛應(yīng)用,常見的有電磁兼容、微波通信、軍事隱身、電子對抗等,具有很大的研究開發(fā)前景。近年來,相較于傳統(tǒng)的二維頻率選擇表面(2D-FSS),新型的三維頻率選擇結(jié)構(gòu)(3-DFSS)因其多了一個(gè)維度可以用于設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的濾波器而得到了長足的發(fā)展。本文首先研究方形同軸線的基本特性,利用合成漸近的方法推導(dǎo)其特性阻抗和端口電容的閉合公式,然后對以方形同軸線作為周期單元的3-D FSS進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上提出、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了同軸嵌套型3-D FSS。論文的主要內(nèi)容和貢獻(xiàn)包括:(1)利用合成漸近方法推導(dǎo)出方形同軸線的特性阻抗和端口電容的閉合公式。對于特性阻抗,通過分析方形同軸線的兩個(gè)極限情況來獲得遠(yuǎn)漸近式和近漸近式,進(jìn)而得到該參數(shù)的合成漸近式:對于開路端電容,通過對開路端端口的準(zhǔn)靜態(tài)場分布進(jìn)行分析,利用格林函數(shù)和已有的合成漸近式,推導(dǎo)出相應(yīng)的閉合公式。(2)對原始的方形同軸線型3-D FSS進(jìn)行優(yōu)化,通過挖空中心導(dǎo)體和降低金屬層厚度,有效地減少整體結(jié)構(gòu)的重量,并提升結(jié)構(gòu)的性能。在此基礎(chǔ)上,通過額外嵌套一個(gè)金屬筒來增加的一條傳輸路徑,從而引入更多的傳輸零極點(diǎn)。經(jīng)過合理的設(shè)計(jì),本文提出了具有雙極化、三次帶通以及高帶外抑制性等特點(diǎn)的同軸嵌套型3-D FSS。此外,通過對所提出的同軸嵌套型3-D FSS進(jìn)行傳輸零極點(diǎn)分析,本文建立了有效的等效電路模型并通過參數(shù)掃描對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化給出指導(dǎo)性意見。最后,論文還對該同軸嵌套型3-D FSS進(jìn)行了實(shí)物加工驗(yàn)證,測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合的很好,表明該結(jié)構(gòu)的可行性。綜上所述,本文所推導(dǎo)的方形同軸線兩個(gè)參數(shù)的閉合公式將在參數(shù)求解時(shí)避免復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算,極大的方便結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及原理的分析。此外,本文所提出新穎的同軸嵌套型3-D FSS因其優(yōu)越的性能為FSS的設(shè)計(jì)發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。最后,對該3-D FSS的理論分析和等效電路建模為后續(xù)的一系列3-D FSS設(shè)計(jì)和分析提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN03
【部分圖文】：

其單元可以分為兩種類型—種是金屬貼片型，即在介質(zhì)表面貼上周逡逑期性金屬貼片單元，另一種是縫隙型，即在金屬板蝕刻出周期性的縫隙，其示意逡逑圖如圖１．１所示。當(dāng)ＦＳＳ的諧振單元處于諧振狀態(tài)時(shí)，處于諧振頻率的入射電磁逡逑波被全反射（貼片型ＦＳＳ）或者全透射（縫隙型ＦＳＳ）。逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．１傳統(tǒng)ＦＳＳ的兩種類型：（ａ）貼片型ＦＳＳ，邋（ｂ）縫隙型ＦＳＳ逡逑縫隙型ＦＳＳ可以看作是貼片型ＦＳＳ的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)陣列，二者的基本單元類型逡逑相同，常見的大致分為三類：第一類是如圖１．２（ａ）所示的中心連接型，包含偶極逡逑子型、三極子型、耶路撒冷型等；第二類是如圖１．２（ｂ）所示的環(huán)型，包含十字型逡逑環(huán)，方環(huán)、圓環(huán)等；第三類是如圖１．２（ｃ）所示的混合型，由多種圖案混合形成。逡逑２逡逑

邐第１章緒論邐逡逑帶的上下邊沿引入２個(gè)傳輸零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)基于ＳＩＷ的３－Ｄ邋ＦＳＳ雙邊陡峭的橢圓函逡逑數(shù)頻率響應(yīng)。國內(nèi)國防科技大學(xué)的劉培國教授提出了一種結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的多模諧逡逑振腔３－Ｄ邋ＦＳＳ［２２］，但是該文獻(xiàn)沒有給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。澳大利亞墨爾本皇家理工大學(xué)逡逑的Ｓ．邋Ｎ．邋Ａｚｅｍ〗等人將二維環(huán)形結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維拉伸做成周期圓筒形的ＦＳＳｔ２３ｌ，如逡逑圖１．３所示，利用圓筒形成的圓形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)使得該結(jié)構(gòu)隨著拉伸高度的增加，其逡逑頻率選擇性能會(huì)在通帶和阻帶之間進(jìn)行切換；除此以外，他們還提出了基于彈簧逡逑狀螺旋諧振器的可重構(gòu)３－Ｄ邋ＦＳＳ［２４］，不需要借助復(fù)雜的偏置電路而是通過調(diào)節(jié)諧逡逑振器的高度就可以移動(dòng)ＦＳＳ的工作頻帶。英國肯特大學(xué)的Ｂ．Ｓａｎｚ－Ｉｚｑｕｉｅｒｄｏ和逡逑Ｅ．Ａ．邋Ｐａｒｋｅｒ等人借助三維打印技術(shù)設(shè)計(jì)了簡單的三維十字形、折疊偶極子、折逡逑疊三維環(huán)的３－Ｄ邋ＦＳＳ［２５Ｈ２６］，通過三維折疊減小單元的電尺寸，提高了角度穩(wěn)定逡逑性。美國德州大學(xué)的Ｊ．邋Ｈ．邋Ｂａｒｔｏｎ等人借助三維打印技術(shù)設(shè)計(jì)的全介質(zhì)３－Ｄ邋ＦＳＳ，逡逑如圖１．４所示，在高功率微波應(yīng)用方面顯示出了突出的優(yōu)勢［２７］。逡逑

振腔３－Ｄ邋ＦＳＳ［２２］，但是該文獻(xiàn)沒有給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。澳大利亞墨爾本皇家理工大學(xué)逡逑的Ｓ．邋Ｎ．邋Ａｚｅｍ〗等人將二維環(huán)形結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維拉伸做成周期圓筒形的ＦＳＳｔ２３ｌ，如逡逑圖１．３所示，利用圓筒形成的圓形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)使得該結(jié)構(gòu)隨著拉伸高度的增加，其逡逑頻率選擇性能會(huì)在通帶和阻帶之間進(jìn)行切換；除此以外，他們還提出了基于彈簧逡逑狀螺旋諧振器的可重構(gòu)３－Ｄ邋ＦＳＳ［２４］，不需要借助復(fù)雜的偏置電路而是通過調(diào)節(jié)諧逡逑振器的高度就可以移動(dòng)ＦＳＳ的工作頻帶。英國肯特大學(xué)的Ｂ．Ｓａｎｚ－Ｉｚｑｕｉｅｒｄｏ和逡逑Ｅ．Ａ．邋Ｐａｒｋｅｒ等人借助三維打印技術(shù)設(shè)計(jì)了簡單的三維十字形、折疊偶極子、折逡逑疊三維環(huán)的３－Ｄ邋ＦＳＳ［２５Ｈ２６］，通過三維折疊減小單元的電尺寸，提高了角度穩(wěn)定逡逑性。美國德州大學(xué)的Ｊ．邋Ｈ．邋Ｂａｒｔｏｎ等人借助三維打印技術(shù)設(shè)計(jì)的全介質(zhì)３－Ｄ邋ＦＳＳ，逡逑如圖１．４所示，在高功率微波應(yīng)用方面顯示出了突出的優(yōu)勢［２７］。逡逑■邋ＷＭ逡逑＼逡逑圖１．３基于圓形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的３－Ｄ邋ＦＳＳ逡逑圖１．４利用三維打印技術(shù)打印的全介質(zhì)３－Ｄ邋ＦＳＳ逡逑近年來，新加坡南洋理工大學(xué)的沈忠祥教授等人通過周期垂直放置屏蔽微帶逡逑線構(gòu)成３－Ｄ邋ＦＳＳ［１８］（如圖１．５所示），其中電壁和磁壁屏蔽的微帶線結(jié)構(gòu)分別具有逡逑４逡逑

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本文編號：2833389