頻率選擇表面(FSS,Frequency Selective Surface)通常是由一些按照一定方式排列的金屬表面縫隙或者介質(zhì)表面金屬貼片組成的周期性結(jié)構(gòu)。對于極化、頻率或是入射角度不同的電磁波FSS可以選擇性的進(jìn)行反射或者透射,其作用效果在本質(zhì)上相當(dāng)于空間中的濾波器。加載PIN管或是變?nèi)莨艿扔性措娮釉骷念l率選擇表面稱為有源FSS,其諧振特性可以通過調(diào)節(jié)所加載器件的偏置電壓和電流來改變。頻率選擇表面目前已被廣泛應(yīng)用在空間濾波器、反射面、極化轉(zhuǎn)換和雷達(dá)散射截面減縮等方面,同時也被越來越多的應(yīng)用在其它各個領(lǐng)域中。由于其特定的性能,在可重構(gòu)天線中也被使用。方向圖可重構(gòu)主要是通過改變天線表面電流分布來實現(xiàn)波束可調(diào)。方向圖可重構(gòu)天線具有可應(yīng)用在復(fù)雜電磁環(huán)境中、能夠機(jī)動防止電磁干擾、提高系統(tǒng)可靠性、節(jié)省輸入能量等優(yōu)點。本文首先簡要介紹FSS的基礎(chǔ)理論及其相關(guān)應(yīng)用,設(shè)計了一款2.4GHz基于電可調(diào)頻率選擇表面的方向圖可重構(gòu)天線,同時設(shè)計了一款Ka波段基于頻率選擇表面的方向圖可重構(gòu)透射陣天線,并對其進(jìn)行改良。本文的具體研究內(nèi)容如下:1.首先,本文設(shè)計了一款2.4GHz基于FSS的方向圖可重構(gòu)天線。該天線由基于FSS單元的方向圖可重構(gòu)結(jié)構(gòu)和一個微帶貼片天線組成。微帶貼片天線作為饋源,采用側(cè)饋方式,最大增益為7.8dB,主波束方向為0°�；陬l率選擇表面的方向圖可重構(gòu)結(jié)構(gòu)由一個4×4的FSS單元組成,利用頻率選擇表面在空間的濾波特性以及PIN二極管正向?qū)ê头聪蚪刂沟奶匦?實現(xiàn)天線方向圖在上半空間內(nèi)的波束掃描。具體表現(xiàn)為,當(dāng)切換二極管的工作狀態(tài)時,可以實現(xiàn)天線方向圖在半空間內(nèi)三種狀態(tài)的改變,波束的偏轉(zhuǎn)角度分別為0°、-35°和+35°,最大增益分別為8.9dB、8.4dB和8.3dB。為了驗證天線性能,我們對其進(jìn)行加工與測試,結(jié)果表明實測與仿真基本一致,滿足設(shè)計要求。2.其次,本文設(shè)計了一款Ka波段基于FSS的方向圖可重構(gòu)微帶透射陣天線。該天線單元結(jié)構(gòu)由三層金屬印刷在兩個相同的電介質(zhì)基板上構(gòu)成。三層金屬分別定義為接收層、接地層、發(fā)射層;兩層介質(zhì)板間使用其他介質(zhì)進(jìn)行粘合。接收層與發(fā)射層之間通過金屬通孔連接。接收層結(jié)構(gòu)是通過在金屬圓片上蝕刻出一個字母“N”得到的,發(fā)射層結(jié)構(gòu)與接收層結(jié)構(gòu)相同。當(dāng)接收層與發(fā)射層蝕刻的部分同向時,電磁波在頻率30.2GHz-33.2GHz間表現(xiàn)出良好的透波特性;當(dāng)接收層與發(fā)射層蝕刻部分反向時,電磁波在頻率30GHz-34GHz之間表現(xiàn)出良好的透波特性,而且兩種透射情況下相位之差接近180°。通過對單元結(jié)構(gòu)的排列組合,分別設(shè)計了三種11×11=121的陣列。正文中詳細(xì)介紹了陣列的結(jié)構(gòu)組成以及陣列對于天線方向圖的影響。饋源使用Ka波段標(biāo)準(zhǔn)喇叭,電磁波輻射方向為垂直入射。通過CST電磁仿真軟件進(jìn)行仿真,結(jié)果表明微帶透射陣列能夠?qū)崿F(xiàn)天線方向圖的可重構(gòu)。3.最后,在微帶透射陣的基礎(chǔ)上,替換介質(zhì)基板材料,改良單元接收層和發(fā)射層的結(jié)構(gòu),通過在金屬圓片的“N”形蝕刻的四個角填補(bǔ)正方形金屬貼片,設(shè)計得到一款Ka波段的基于頻率選擇表面的微帶透射陣,接著將發(fā)射層金屬貼片旋轉(zhuǎn)180°,得到兩種狀態(tài)的單元結(jié)構(gòu)。兩種狀態(tài)下的單元結(jié)構(gòu)透射系數(shù)相位之差為180°,在此基礎(chǔ)上,采用標(biāo)準(zhǔn)喇叭和對踵Vivaldi作為饋源,組成11×11=121的陣列,得到三種不同的排列組合,在HFSS和CST中聯(lián)合仿真,結(jié)果表明頻率選擇表面很好的實現(xiàn)了波束可重構(gòu)的功能。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN713;TN820
【部分圖文】：

電路模擬吸收體示意圖

13(c)三種狀態(tài)下的方向圖結(jié)果示意圖圖2.8方向圖可重構(gòu)天線示意圖[26]紹了一種基于有限周期性結(jié)構(gòu)的方向圖可重構(gòu)兩側(cè)，通過改變單元之間添加的 PIN 二極管的。對所提出的天線進(jìn)行加工測試，結(jié)果表明該天比，同時在設(shè)計的頻段內(nèi)成功實現(xiàn)了方向圖可向圖結(jié)果示意圖。

第三章 微帶透射陣天線理論17圖3.2 單層配置的傳輸系數(shù)[27]它可以在如圖 3.2 所示的極坐標(biāo)圖中證明，使得幅度代表 并且角度代表 。透射系數(shù)表示極坐標(biāo)圖上的圓圈。最大傳輸系數(shù)（ B）僅在 （ п， п， ）的倍數(shù)下實現(xiàn)。實際上，我們可以接受將傳輸系數(shù)降低到一定限度。我們確定傳輸幅度限制的傳輸相位范圍為 1dB 和 3dB。 圖 3.2 分別用虛線綠色和紅色圓圈表示 1dB 和 3dB 的幅度。因此，無論導(dǎo)電單元其形狀如何，單層可達(dá)到的最大相位范圍對于 1 dB 傳輸系數(shù)為 54°，對于 3 dB 傳輸系數(shù)為 90°。等式（3-9）表示作為傳輸相位的函數(shù)的反射幅度。當(dāng)ě ( )為正時，正號有效
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王暉;屈紹波;;小型化頻率選擇表面研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2019年05期

2 李波;章一雄;張萬平;湯一銘;薄亞明;;基于縫隙單元的3D多模頻率選擇結(jié)構(gòu)研究[J];微波學(xué)報;2018年01期

3 覃鳳;;頻率選擇表面基本理論及其應(yīng)用研究[J];電子技術(shù);2018年07期

4 許媛;;頻率選擇表面天線罩研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2017年19期

5 劉小明;俞俊生;陳曉東;;太赫茲波段頻率選擇表面的設(shè)計與測試[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報;2015年06期

6 黃惠芬;張少芳;;使用新型頻率選擇表面反射板來提高超寬帶天線的性能[J];新型工業(yè)化;2013年12期

7 劉國盛;田輝;;頻率選擇表面研究與設(shè)計[J];現(xiàn)代防御技術(shù);2013年03期

8 王立超;張強(qiáng);馮曉磊;;寬帶多屏頻率選擇表面的設(shè)計研究[J];現(xiàn)代雷達(dá);2012年08期

9 鄧鶴棲;黃建;;應(yīng)用于頻率選擇表面的等效電路分析的新方法[J];微波學(xué)報;2012年S1期

10 經(jīng)緯;魏興昌;戴高樂;;一種新型小尺寸寬帶的頻率選擇表面設(shè)計[J];微波學(xué)報;2012年S2期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張薇;頻率選擇表面吸波及極化轉(zhuǎn)換特性研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2018年

2 歷園園;小型化頻率選擇表面及其應(yīng)用研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

3 寇娜;頻率選擇超構(gòu)表面理論及其在孔徑成像系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

4 張坤哲;有源頻率選擇表面技術(shù)及應(yīng)用研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

5 趙鵬超;新型高性能頻率選擇表面研究[D];南京理工大學(xué);2018年

6 左鈺;新型三維頻率選擇結(jié)構(gòu)的研究[D];南京大學(xué);2013年

7 張建;有限大頻率選擇表面及其在雷達(dá)罩上的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

8 李永久;寬帶平面反射陣和多層頻率選擇表面研究及其應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2015年

9 鄭書峰;頻率選擇表面的小型化設(shè)計與優(yōu)化技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

10 徐欣欣;頻率選擇表面吸波特性的直接圖解法分析與優(yōu)化設(shè)計[D];華中科技大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 史向柱;共形頻率選擇表面及吸波器設(shè)計[D];南京航空航天大學(xué);2019年

2 方俊頡;光控有源頻率選擇表面研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

3 郝中銀;方同軸型三維頻率選擇表面的研究與實現(xiàn)[D];南京師范大學(xué);2019年

4 高瑾;新型吸透一體頻率選擇表面研究[D];南京航空航天大學(xué);2019年

5 左翠蓮;基于隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵的頻率選擇表面電磁屏蔽方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

6 徐強(qiáng);薄層等離子體—頻率選擇表面復(fù)合結(jié)構(gòu)電磁特性研究[D];國防科技大學(xué);2017年

7 楊仕林;基于電磁耦合結(jié)構(gòu)的頻率選表面研究[D];國防科技大學(xué);2017年

8 陳帥;可重構(gòu)及小型化頻率選擇表面研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

9 楊宏寶;電可調(diào)頻率選擇表面實現(xiàn)波束掃描技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

10 劉錚艷;緊湊型雙頻與可重構(gòu)頻率選擇表面研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

本文編號：2870198