頻率選擇表面(Frequency Selective Surfaces,FSS)是一種由金屬單元周期性組合而成的人工電磁材料,可以有效地控制入射電磁波的透射和反射,廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信領(lǐng)域,還能實現(xiàn)飛行器的隱身,具有至關(guān)重要的軍事應(yīng)用價值。有源頻率選擇表面(Active Frequency Selective Surface,AFSS)的濾波特性可以通過控制外部激勵來調(diào)節(jié),能夠快速地應(yīng)對復(fù)雜多變的電磁工作環(huán)境,因此成為世界各國頻率選擇表面領(lǐng)域的研究重點。本文首先研究了FSS的基本概念和濾波機理,從不同角度介紹了FSS的分類和各自的特性,著重介紹了傳統(tǒng)無源FSS中單元結(jié)構(gòu)、單元間距、單元尺寸、介質(zhì)層材質(zhì)、入射波角度和極化方式對其濾波特性的影響,并且介紹了頻率選擇表面中柵瓣和表面波的負(fù)面影響及其出現(xiàn)原因。其次,研究了基于變?nèi)荻䴓O管的有源頻率選擇表面的設(shè)計方式,分析了饋線網(wǎng)絡(luò)對頻率選擇表面諧振特性的影響,之后基于方形縫隙環(huán)FSS,設(shè)計了一種加載電感的新型饋線網(wǎng)絡(luò),有效地減小了饋線網(wǎng)絡(luò)對頻率選擇表面諧振特性尤其是插入損耗引起的不良影響。并使用矩形波導(dǎo)測試法對使用新型饋線網(wǎng)絡(luò)的縫隙型FSS進(jìn)行加工測試。接著,設(shè)計了一種基于變?nèi)荻䴓O管的有源無饋線FSS,其單元結(jié)構(gòu)中的過孔和金屬結(jié)構(gòu)為變?nèi)荻䴓O管的饋電提供了直流通路,無需額外添加饋線網(wǎng)絡(luò),避免了饋線加載對FSS諧振特性的不良影響。但是,這種結(jié)構(gòu)在不同的入射波極化方式下諧振特性會有細(xì)微差別。最后,對上述有源無饋線FSS的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計了一種極化不敏感的有源無饋線FSS,無需額外添加饋線網(wǎng)絡(luò),并且具有良好的頻率可調(diào)諧性和極化不敏感性。并使用橫電磁波室測試法對這種有源無饋線FSS進(jìn)行加工測試,測試結(jié)果表明,可以通過控制變?nèi)荻䴓O管兩端的反向偏置電壓,使FSS的諧振中心頻率在8-10GHz之間調(diào)諧。
【學(xué)位單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN312.1;O441
【部分圖文】：

碩士研究生學(xué)位論文 第二章 頻率選擇表子振蕩的能量變少，透過頻率選擇表面的能量變多。由圖 2. 1 可知，濾波性能與 LC 串聯(lián)諧振電路類似，可將金屬貼片用電感 L 表示，將隙用電容 C 表示。當(dāng)入射電磁波的頻率與 FSS 的諧振頻率相同時，頻最好，在理想條件下可以達(dá)到全反射。

圖 2. 2 孔徑型 FSS 及其等效電路機制分類選擇表面工作機制的不同，可將頻率選擇表面單元分成兩類：無選擇表面[62]。頻率選擇表面是指根據(jù)需要的傳輸特性直接設(shè)計單元形狀。經(jīng)過S 的研究已經(jīng)比較深入，研究人員提出了許多的分析方法，無源熟，越來越多性能優(yōu)異的單元結(jié)構(gòu)被設(shè)計出來。盡管如此，電磁SS 無法避免的缺陷。在此基礎(chǔ)上有源 FSS 逐漸發(fā)展起來。選擇表面是在傳統(tǒng)無源頻率選擇表面的基礎(chǔ)上建立而來的。在當(dāng)無源頻率選擇表面?zhèn)鬏斕匦缘牟豢勺冃院艽蟪潭鹊孟拗屏怂倪m源可重構(gòu)頻率選擇表面在研究人員和學(xué)者的努力中日漸成熟。

如圖2.3 所示。環(huán)形結(jié)構(gòu)又可細(xì)分為圓環(huán)結(jié)構(gòu)、方環(huán)結(jié)構(gòu)、多邊形環(huán)結(jié)構(gòu)等。中心連接型結(jié)構(gòu)可分為十字結(jié)構(gòu)、Y 型結(jié)構(gòu)、耶路撒冷十字結(jié)構(gòu)、偶極子結(jié)構(gòu)等；實心結(jié)構(gòu)包括方形貼片、圓形貼片、六邊形貼片、三角形貼片等。組合型結(jié)構(gòu)則指的是由上述各種單元結(jié)構(gòu)組合而成的多單元結(jié)構(gòu)，因此也具有各種結(jié)構(gòu)的特性。環(huán)形結(jié)構(gòu)由偶極子發(fā)展而來，采用環(huán)形單元的 FSS 的單元間距必須大于四分之一波長。環(huán)形 FSS 陣列的諧振頻率的波長與環(huán)形結(jié)構(gòu)的周長大致相等，且 FSS 的角度穩(wěn)定性較好。中心連接形結(jié)構(gòu)一般用于設(shè)計帶阻型 FSS，一般來說，這種結(jié)構(gòu)的長度為諧振頻率波長的一半，F(xiàn)SS 單元尺寸較小。實心結(jié)構(gòu)組成簡單，是較早使用的結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)柵瓣，諧振中心頻率受其它參數(shù)的影響較大，在設(shè)計中并不常使用。組合結(jié)構(gòu)的組成較為復(fù)雜，由多種結(jié)構(gòu)組合演化而成，包含了多種結(jié)構(gòu)的特性。FSS 單元形狀直接影響表面感應(yīng)電流的分布，對 FSS 諧振特性其決定性作用。不同的單元結(jié)構(gòu)影響的不只是 FSS 的諧振頻率，還包括極化穩(wěn)定性、角度穩(wěn)定性、工作帶寬等性能。比如，有的單元結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)寬帶，有的單元結(jié)構(gòu)插入損耗很小，有的結(jié)構(gòu)具有良好的極化穩(wěn)定性和角度穩(wěn)定性等等。因此，在 FSS 設(shè)計中，需要根據(jù)需求選擇合適的單元結(jié)構(gòu)類型。無介質(zhì)的單層 FSS 性能對比如表 2. 1 所示
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本文編號：2890264