超宽带频率选择表面的理论研究与设计

作     者：周新宇 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：俞俊生

授予年度：2019年

学科分类：11[军事学] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：超宽带 频率选择表面 易加工 多频带 

摘      要：随着战争技术的发展,频率选择表面(Frequency Selective Surface,FFS)逐渐成为了各个国家研究的技术热点。由于FSS对电磁波具有很好的选择透过功能,因此军事目标可以利用它的这一特性来达到电子隐身的效果。同时为应对复杂的战场局势,控制系统经常会联合使用多个波段来对军事目标进行精确的控制,因此设计出具有超宽带频率选择性能的FSS变得越来越重要。本文作者首先对频率选择表面的基本特性进行了分析,然后深入研究了 FSS的工作原理,总结出了控制FSS响应特性的基本规律,最终实现了如下创新:首先根据多层频率选择表面的耦合原理,设计出一个三层结构的超宽带频率选择表面,其主要组成部分为金属贴片和金属栅格。经过仿真验证,该结构具有16.5GHz的绝对带宽,相对带宽更是达到了101%,并且具有很好的角度稳定性。然后在三层结构的基础上,创新性的提出了将中间层单元与上下两层单元进行合并以达到减小结构层数的设计思路,并据此设计出两款双层结构的超宽带频率选择表面,它们的绝对带宽分别为12.5GHz和13.6GHz,相对带宽分别为56.6%和58.9%,满足超宽带性能。该双层结构超宽带频率选择表面的设计思路有效的简化了加工过程,使超宽带频率选择表面的工程实现变得更加简单,有着重大的工程意义。为进一步丰富FSS的功能,本文的最后提出了一种新的设计理念,使设计出的FSS在保持了双层结构以及超宽带性能的基础上,拓展出一个窄带带宽,达到了双频带选择的功能。并对设计出的FSS进行了仿真验证,在超宽带工作范围内,对于不同角度入射的电磁波,带宽没有发生明显的变化,并且损耗保持在-3dB以内,仍然有着不错的角度稳定性。对于窄带部分,在垂直入射情况下有着不错的响应效果,但是随着入射角度的变化,其响应效果受到了栅瓣的影响。这些研究为今后设计多频带的频率选择表面提供了一种新的思路。