用三維譜域法分析頻率選擇表面的電磁特性.pdf

1、頻率選擇表面（Frequency selective surface，簡稱FSS）是由無源諧振單元（金屬貼片或孔徑）按一定的排列方式組成的單層或多層周期性陣列結(jié)構(gòu)。FSS的頻率選擇性源于其周期性結(jié)構(gòu)與電磁波的相互作用。當(dāng)入射波的頻率接近貼片或孔徑的諧振頻率點時，F(xiàn)SS表現(xiàn)出全反射或全透射特性。正是這種對入射波全反射或全透射的特性，使得FSS在微波和光學(xué)領(lǐng)域得了廣泛的應(yīng)用。 零厚度陣單元組成的FSS的帶寬較窄。為了能在較寬的頻帶內(nèi)

2、獲得良好的頻率選擇性能，通常采用多層零厚度陣單元組成的FSS層疊在一起，每層之間具有一定的間隔，并填充介質(zhì)。介質(zhì)加載多層FSS的結(jié)構(gòu)雖然可以實現(xiàn)寬頻帶特性，但多層周期陣列的層疊導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會喪失周期陣列剖面低的優(yōu)點，不利于與其它器件合成。此外，介質(zhì)加載多層零厚度FSS形成的結(jié)構(gòu)的機械性能也差。 與零厚度陣單元組成的FSS相比，具有一定厚度的陣單元組成的FSS的頻帶較寬，近年來引起越來越多的研究者們關(guān)注。在某些場合，這種非

3、零厚度陣單元組成的FSS完全可以代替多層零厚度的FSS。 本文是采用三維譜域法分析FSS。三維譜域法是用矩量法進(jìn)行求解的，因此，文中首先論述矩量法的一般步驟，以及基函數(shù)和測試函數(shù)的選取原則。在矩量法中，格林函數(shù)的奇異性是一個無法回避的問題。為此，文中給出幾種用于消除格林函數(shù)奇異性的方法。此外，針對矩量法不易計算大量未知數(shù)的情況，列舉一些用于矩量法的加速技術(shù)。 本論文還分析了FSS具有頻率選擇性的機理，并給出由不同陣單元組

4、成的FSS的等效電路模型。FSS的頻率選擇性與很多因素有關(guān)，例如，陣單元的形狀、間距、排列方式，以及入射波的角度和極化特性等。此外，還討論了介質(zhì)加載對FSS的性能影響。 對于具有一定厚度的陣單元，原有的用于分析零厚度周期陣列的二維譜域方法不再適用。本文從傅里葉變換出發(fā)，基于Floquet定理給出分析自由空間中由任意形狀的理想導(dǎo)電體陣單元組成的FSS的三維譜域公式。對于自由空間中的三維譜域公式進(jìn)行了適當(dāng)?shù)匦薷?，使其不僅可以分析自由

5、空間中由非理想導(dǎo)電體陣單元組成的FSS，同時也適用于介質(zhì)加載的FSS。針對不同形狀的陣單元，本文還討論了三維譜域法中無窮級數(shù)的截斷準(zhǔn)則。并采用傳輸線方法分析了FSS的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)。 最后，使用三維譜域公式分析一維和二維周期排列的零厚度陣單元組成的FSS以及介質(zhì)加載的零厚度陣單元組成的FSS的頻率特性。對于非零厚度陣單元組成的FSS，也分為一維和二維排列方式進(jìn)行了討論。由于陣單元的厚度不為零，導(dǎo)致陣單元棱邊上產(chǎn)生的感應(yīng)電流不