基于開口環(huán)諧振器的多頻帶頻率選擇表面的設(shè)計與應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代信息技術(shù)和無線通信網(wǎng)絡(luò)如今已經(jīng)步入快速發(fā)展的時代，出現(xiàn)了諸如4G通信（LTE）、無線應(yīng)用通訊協(xié)議（WAP）、室內(nèi)無線局域網(wǎng)（WLAN）、藍牙系統(tǒng)（Blueteeth）、全球互通微波存?。╓iMax）以及全球定位系統(tǒng)（GPS）等，這些發(fā)展大大提高了人們生產(chǎn)能力以及生活水平的大幅提升，因此也越來越受到人們的青睞。頻率選擇表面（FSS）在軍事和民用領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用，因此其多頻特性研究也廣受關(guān)注。同時，為了提升通信質(zhì)量，提高抗相鄰信

2、號的干擾能力，高選擇性的FSS同樣也越來越重要。本論文以作者在碩士階段學(xué)習(xí)時所承擔(dān)的課題工作為基礎(chǔ)，對頻率選擇表面的多頻帶特性進行了系統(tǒng)地研究，對基于開口環(huán)諧振器（SRR）多頻帶頻率選擇表面設(shè)計與應(yīng)用做了進一步地探索。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）在總結(jié)前人關(guān)于FSS多頻帶特性產(chǎn)生機理的研究基礎(chǔ)之上，首先提出了一款基于多個不同尺寸SRR諧振單元組合形成的多頻帶FSS，并將其應(yīng)用于無源射頻身份識別（RFID）中。通過電磁仿真軟

3、件HFSS13.0研究每個SRR對應(yīng)的諧振頻帶，確立了一一對應(yīng)的關(guān)系，并且通過仿真得以驗證。另外，對FSS的入射角以及極化穩(wěn)定性也進行了研究說明。結(jié)果表明，該FSS能夠充分滿足大入射角以及不同TE模、TM模入射下頻率響應(yīng)穩(wěn)定性的要求。為無源RFID設(shè)計和應(yīng)用提供一個新方向。
　?。?）采用非均勻開口環(huán)諧振器（SRR）單元結(jié)構(gòu)設(shè)計了一款多頻帶太赫茲 FSS。在傳統(tǒng)的SRR基礎(chǔ)上，將結(jié)構(gòu)進行改進，提出了一種通帶中心頻率單獨可調(diào)的改進型

4、SRR諧振單元。綜合考慮反射系數(shù)、透射系數(shù)、中心頻率和帶寬等參數(shù)分析，通過建立等效電路模型和仿真優(yōu)化，設(shè)計了中心頻率為0.46THz、0.86THz、1.03THz可應(yīng)用于射電天文的三通帶太赫茲FSS。該FSS的3dB通帶范圍為0.34-0.57THz、0.78-0.90THz、1.00-1.10THz，相對帶寬分別為50％、14%、9.7%，通帶內(nèi)反射系數(shù)的峰值依次為-37.6dB、-13dB和-19.6dB，可見具有良好的通帶特性，

5、并且在0.94THz時產(chǎn)生一個傳輸零點，提高了兩個通帶之間的隔離度。其單元尺寸為0.046λ0*0.065λ0，較文獻（0.103λ0′*0.103λ0′）相比分別減小了55.3%和36.9%，這說明該FSS具有小型化的優(yōu)點。此外，通過對入射角敏感性研究發(fā)現(xiàn)，改進型SRR諧振結(jié)構(gòu)還具有良好的入射角度穩(wěn)定性，在0°-60°范圍內(nèi)均具有穩(wěn)定的傳輸特性。
　?。?）基于非對稱開口位置的開口環(huán)諧振器（A-SRR）的雙頻帶頻率選擇表面設(shè)計。

6、本章研究了太赫茲領(lǐng)域，A-SRR的雙頻帶FSS的電磁特性。通過改變兩個SRR之間開口的位置，觀察其雙頻帶傳輸特性的變化。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，外環(huán)的開口位置不變，第一個頻帶的位置不變；內(nèi)環(huán)開口位置的改變，第二個頻帶在一定范圍內(nèi)發(fā)生移動?？梢姡煌拈_口位置對諧振頻率有影響，使得頻率在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。通過電磁仿真，觀察A-SRR的表面電流分布，從場的理論出發(fā)，可以找到外部Q值增加的原因。依據(jù)仿真結(jié)果，可以設(shè)計出第二頻帶在一定范圍內(nèi)可調(diào)的高Q值雙頻

7、帶FSS。
　?。?）在前文研究基礎(chǔ)上，欲研究高溫超導(dǎo)材料在電路設(shè)計中的優(yōu)越性。因此采用高溫超導(dǎo)材料設(shè)計一款基于三階非對稱階躍阻抗諧振器（ASIR）的三通帶高溫超導(dǎo)濾波器，為將高溫超導(dǎo)材料設(shè)計于FSS奠定基礎(chǔ)。提出了一種新型的ASIR的諧振特性，研究其阻抗比、電長度之比對三個諧振頻率的影響；然后依據(jù)得到的電路尺寸參數(shù)，設(shè)計了一個三通帶帶通濾波器，并且將設(shè)計好的濾波器進行電路的加工和測試。同時，對其溫度非線性效應(yīng)還進行探索研究。該研