本文關(guān)鍵詞：耦合型主動(dòng)頻率選擇表面濾波特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：主動(dòng)頻率選擇表面(Active Frequency Selective Surface,AFSS,簡(jiǎn)稱主動(dòng)FSS)是指在外界激勵(lì)控制下,工作頻點(diǎn)、通帶開關(guān)等濾波特性可調(diào)控的一種人工電磁材料,通常由濾波結(jié)構(gòu)和激勵(lì)源構(gòu)成。與無源被動(dòng)FSS相比,主動(dòng)FSS在應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的電磁環(huán)境挑戰(zhàn)時(shí)更具優(yōu)勢(shì),是飛行器雷達(dá)隱身、衛(wèi)星通信及先進(jìn)儀器電磁兼容等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前,主動(dòng)FSS一般存在三個(gè)問題:一是激勵(lì)源的引入造成FSS透過率嚴(yán)重衰減;二是FSS諧振結(jié)構(gòu)限制激勵(lì)源的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑;三是需進(jìn)一步增強(qiáng)主動(dòng)FSS結(jié)構(gòu)入射角度穩(wěn)定性。為使主動(dòng)FSS具有工作頻率可調(diào)諧或具有傳輸通帶可開關(guān)的濾波特性,同時(shí)還具有良好的入射角度穩(wěn)定性和較高的通帶透過率,論文通過理論分析,研究被動(dòng)FSS、耦合型FSS、主動(dòng)FSS的濾波特性和濾波原理,確定耦合型FSS結(jié)構(gòu)在通帶透過率、激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)途徑和入射角度穩(wěn)定性等方面具有優(yōu)勢(shì)。因此,論文采用耦合型FSS結(jié)構(gòu),結(jié)合多種激勵(lì)源加載方式,并針對(duì)主動(dòng)FSS在極化特性可分離、工作頻率可調(diào)諧以及傳輸通帶可開關(guān)等方面的需求,圍繞耦合型主動(dòng)FSS的設(shè)計(jì)原理和工作機(jī)理等問題開展相應(yīng)的理論研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作,為主動(dòng)FSS應(yīng)用提供技術(shù)儲(chǔ)備。論文的主要研究工作如下:從耦合型主動(dòng)FSS的基礎(chǔ)理論入手,分析傳統(tǒng)被動(dòng)FSS的濾波特性,從PIN二極管和可變電介質(zhì)的工作原理出發(fā),研究各類型主動(dòng)FSS的工作機(jī)理。以近場(chǎng)相互作用的觀點(diǎn)探索耦合型FSS的耦合機(jī)理,指出FSS屏的幾何結(jié)構(gòu)、兩屏間的相對(duì)位置、距離等均是影響耦合型FSS濾波特性的主要因素,并得出耦合型FSS結(jié)構(gòu)在入射角度穩(wěn)定性和插入損耗等方面具有優(yōu)勢(shì)的結(jié)論,是開展下一步耦合型主動(dòng)FSS設(shè)計(jì)和分析的理論基礎(chǔ)。在耦合機(jī)理的研究基礎(chǔ)上,選取耦合型FSS結(jié)構(gòu),通過引入橫向位移操作,建立具有極化分離特性的FSS結(jié)構(gòu)模型。該模型的提出再次驗(yàn)證了兩FSS屏間相對(duì)位置對(duì)耦合型FSS結(jié)構(gòu)濾波特性的調(diào)控作用。全波數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明,該結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的極化分離特性,入射角度可達(dá)到60°,且插入損耗較小,通帶透過率達(dá)到-0.3d B。將結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90°可切換極化濾波狀態(tài),具有可重構(gòu)特性,為進(jìn)一步深入研究耦合型主動(dòng)FSS結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。依據(jù)相對(duì)位置對(duì)耦合型FSS結(jié)構(gòu)濾波特性的影響規(guī)律,采用具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的Y形貼片單元和Y形孔徑單元構(gòu)成耦合型FSS結(jié)構(gòu),通過引入連續(xù)旋轉(zhuǎn)操作建立具有頻率可調(diào)諧特性的耦合型主動(dòng)FSS模型。與加載變?nèi)荻䴓O管的主動(dòng)FSS相比,該物理模型最突出的優(yōu)點(diǎn)是工作頻率調(diào)諧范圍大,理論仿真模型的頻率調(diào)諧范圍高達(dá)8.6GHz,該結(jié)構(gòu)還具有良好的入射角度穩(wěn)定性(50°)、極化穩(wěn)定性、以及較小的插入損耗。該耦合型主動(dòng)FSS模型的建立為解決主動(dòng)FSS在頻率調(diào)諧范圍、入射角度穩(wěn)定性、插入損耗等方面的問題提出了一個(gè)可行方案,并為實(shí)現(xiàn)調(diào)諧型主動(dòng)FSS提供新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。將PIN二極管與耦合型FSS結(jié)合,依據(jù)PIN二極管的阻抗特性,建立具有通帶開關(guān)特性的耦合型主動(dòng)FSS模型。選取ELC單元并變形設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)濾波結(jié)構(gòu)和饋電線路的融合,有效地減少過孔和饋線對(duì)FSS傳輸特性的影響。該耦合型主動(dòng)FSS具有穩(wěn)定的通帶開關(guān)特性,入射角度可達(dá)到45°。依據(jù)仿真分析結(jié)果提出增大PIN二極管的反偏并聯(lián)電阻能夠提高主動(dòng)FSS的通帶透過率,為解決主動(dòng)FSS透過率問題提出了可行方案。論文還總結(jié)主動(dòng)FSS的制備方案和工藝參數(shù),為主動(dòng)FSS的自動(dòng)化制備提供參考工藝。
【關(guān)鍵詞】：電磁耦合 頻率選擇表面 主動(dòng)頻率選擇表面 集總元件 等效電路方法 極化分離 可調(diào)諧濾波特性 通帶開關(guān)濾波特性
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN03
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目錄10-13
• 第1章 緒論13-33
• 1.1 課題研究背景及意義13-18
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-29
• 1.2.1 頻率選擇表面的研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.2 主動(dòng)頻率選擇表面的研究現(xiàn)狀22-27
• 1.2.3 耦合型頻率選擇表面的研究現(xiàn)狀27-29
• 1.3 論文研究目的29-30
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容30-33
• 第2章 耦合型主動(dòng)頻率選擇表面的基礎(chǔ)理論33-65
• 2.1 頻率選擇表面的濾波特性33-36
• 2.2 主動(dòng)FSS的工作機(jī)理分析36-41
• 2.2.1 基于PIN二極管的主動(dòng)FSS工作機(jī)理37-39
• 2.2.2 基于光控可變電介質(zhì)的主動(dòng)FSS工作機(jī)理39-41
• 2.3 耦合型FSS的耦合機(jī)理分析41-46
• 2.4 全波數(shù)值分析方法46-54
• 2.4.1 Floquet定理47-50
• 2.4.2 耦合積分方程方法50-54
• 2.5 等效電路方法54-62
• 2.5.1 傳輸線理論及FSS阻抗54-58
• 2.5.2 典型結(jié)構(gòu)的等效電路模型58-62
• 2.6 本章小結(jié)62-65
• 第3章 具有極化分離功能的耦合型主動(dòng)FSS濾波特性研究65-81
• 3.1 極化分離濾波特性的實(shí)現(xiàn)方法65-66
• 3.2 耦合型極化分離結(jié)構(gòu)模型66-69
• 3.3 耦合機(jī)理和橫向位移的調(diào)制作用分析69-72
• 3.4 濾波特性研究72-78
• 3.4.1 獨(dú)立屏FSS的濾波特性72-74
• 3.4.2 耦合型FSS的濾波特性74-75
• 3.4.3 入射角度穩(wěn)定性分析75-76
• 3.4.4 耦合介質(zhì)的影響76-77
• 3.4.5 圓半徑r的影響77-78
• 3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證78-80
• 3.6 本章小結(jié)80-81
• 第4章 具有頻率可調(diào)諧功能的耦合型主動(dòng)FSS濾波特性研究81-99
• 4.1 具有調(diào)諧功能的耦合型主動(dòng)FSS模型81-83
• 4.2 頻率調(diào)諧機(jī)理83-87
• 4.3 濾波特性研究87-96
• 4.3.1 獨(dú)立屏FSS的濾波特性88-89
• 4.3.2 耦合型主動(dòng)FSS的濾波特性89-90
• 4.3.3 入射角度穩(wěn)定性和極化穩(wěn)定性分析90-91
• 4.3.4 耦合介質(zhì)的影響91-92
• 4.3.5 兩FSS屏間對(duì)準(zhǔn)精度的影響92-96
• 4.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證96-97
• 4.5 本章小結(jié)97-99
• 第5章 具有通帶開關(guān)特性的耦合型主動(dòng)FSS濾波特性研究99-117
• 5.1 ELC結(jié)構(gòu)99-101
• 5.2 通帶開關(guān)型主動(dòng)FSS模型101-102
• 5.3 通帶開-關(guān)濾波機(jī)理分析102-104
• 5.4 濾波特性研究104-110
• 5.4.1 獨(dú)立屏FSS的濾波特性105
• 5.4.2 裸板的濾波特性105-106
• 5.4.3 加載PIN二極管的耦合型主動(dòng)FSS的濾波特性106-107
• 5.4.4 入射角度穩(wěn)定性107-108
• 5.4.5 耦合介質(zhì)的影響108-109
• 5.4.6 并聯(lián)電阻ROFF對(duì)耦合型主動(dòng)FSS濾波特性的影響109-110
• 5.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證110-114
• 5.5.1 樣件加工方案110-112
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試112-114
• 5.6 本章小結(jié)114-117
• 第6章 總結(jié)與展望117-121
• 6.1 論文總結(jié)117-118
• 6.2 工作展望118-121
• 參考文獻(xiàn)121-133
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況133-135
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介135-136
• 致謝13

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本文編號(hào)：366221