Ku波段宽带传输频率选择表面优化设计

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２２优化方案．
・，）（）Ｆ（ｙ）１
ＦＳ传输特性受其结构参数影响．Ｓ不同的结构参数控制其传输带的位置的不同，因此可采用谱域分析法研究不同结
射。如何控制这类ＦＳ的传输特性，Ｓ使其传输带集中于某雷
达波段内是ＦＳ结构设计的难点。传统研究由于不明确单Ｓ
基金项目：国家自然科学基金（０７０６，０７０２５２１１５５１４）
元结构参数对传输特性的影响规律，以无法控制谐振频率所和传输带位置。本文设计了圆环形单元ＦＳ结构，Ｓ应用谱域
摘要：通过调整频率选择表面（Ｓ）ＦＳ单元的结构参数来控制电磁波在某雷达波段内的传输是滤波器研究领域的重要内容。
为实现圆环形ＦＳ单元在ＫＳｕ波段的宽带传输特性，明确单元结构参数对其传输特性的影响规律，并采用谱域分析法，圆从环形单元的大小、宽度、阵列周期等方面，圆环形单元ＦＳ进行了数值分析和优化设计。仿真结果表明，对Ｓ谐振频率点的主要影响因素为单元大小，而单元宽度主要控制传输带宽。经优化，当单元外半径为３５．ｍｍ，单元宽度为０６ｍ阵列周期为．６ｍ，１．ｍ００ｍ时，谐振频率为１．Ｇ，Ｓ４８ＨｚＦＳ传输带位于Ｋｕ波段内，传输带宽达５７ｚ．ＧＨ。优化后的ＦＳ结构适用于ＫＳｕ波段宽带传输．为优化设计提供了依据。
：
２ｎ７，＂，７
＝
一
谱域法即谱域中的模式分析方法。首先，对空域中按散
射场表示式导出的电流积分方程作二维Ｆｕｉ变换，ｏｒｒｅ由于ＦＳ结构表面导电薄片的周期性阵列结构，Ｓ其上的感应电流也呈相同的周期性分布，以电流的谱函数为离散量，所变化
１引言
自从ＦＳ技术不再因军事用途被归为秘密研究．技术Ｓ该
较简单，而且具有计算量较小、算精wenku.baidu.com度高的特点Ｉ。近年计ｓ］
来，大量的实验证明了谱域法在计算ＦＳ传输特性中的精确Ｓ性与可靠性￣１。９ｏ，］圆环形单元是一种典型的带阻型ＦＳ通常应用于卫星Ｓ，
ｅｔｓｏｉｇｌｏｌｍｅｔＦＳｉｒｅｆｎｐｅｅｎＳｎＫｕ￣ｅｕｎｙｂｎｉｒｏｑｅｅａｄ，ａｄｃｅｒｅｆｃｆｓｃｕｅｐｒｍｅｅｓｆｒｔｎｍｉｓｏｒｐｒｎｌａｆｅｔｔｔｒａａｔｒｏａｓｓｉｎｐｏｅ — ｏｒｕｒｔｓｉｇｌｏｎｔＦＳｗａｕｒａｌｎｙｅｎｐｉｚｔｎｌｅｉｎｄｂｓｎｔｅｓｅｔｏｉｔｏ，ｉ，ｒｏｐｕｉＳｓｎｍｅｉｌａａｚｄａｄｏｔｍｉａｉａｌｄｓｅａｅｏｈｐｃｒｄｍａｎｍｅｈｄｅｎｃｙｌｏｙｇｌａｉｃｕｉｇｔｅｓｅｈｄｈａｄｔｅｐｒｏｆａｒｙｎｌｄｎｈｉ，ｔｅｗｉｔｎｈｅｄｏｒａ．Ｔｅｒｓｌｏｕｒｃｌａａｙｉｓｏｈｔｔｅｍａｎｉｆｅｃｚｉｈｅｕｔｆｍｅｉａｎｌｓｓｈｗｓｔａｈｉｎｌｎｅｎｕｆｃｏｆｒｓｎｎ￣ｅｕｎｙｗｓｔｅｓｚｆｕｉ，ａｄｃｉｆｃｎｒｌｆｃｏｆｔｅｗｉｔｆｔｎｍｉｓｏａｄｗａｈａｔｒｏｅｏａｔｑｅｃａｈｉｅｏｎｔｎｈｅｏｔｏａｔｒｏｄｈｏｒｓｓｉｎｂｎｓｔｅｈａｗｄｈｏｎｔｉｔｆｉ．Ｗｈｎｔｅｏｔｉｅｒｄｕａ．ｍｍ，ｔｅｗｉｔｆｕｉｗｓ０．６ｕｅｈｕｓｄａｉｓｗｓ３５ｈｄｈｏｎｔａ６ｍｍｎｈｈｅｉｄｏｒａａａｄｔｅｔｅｐｒｆａｒｙｗｓｏ１．ｍｍ，ｔｅｒｓｎｎ０Ｏｈｅｏａｔ￣ｅｕｎｙｗａ４８ｑｅｃｓ１．ＧＨｚｈｒｎｍｉｓｏａｄｗａｎＫｕｗｖａｇｎｈｄｈｏａｄ，ｔｅｔｓｓｉｎｂｎｓｉａｅｒｎｅａｄｔｅｗｉｔｆｂｎａｗｓ５７ａ．ＧＨｚ．ＴｅＦＳｓｒｃｕｅｒａｉｅｉｔａｄｒｎｍｉｓｏｎＫｕｆｅｕｎｙｂｎｙｏｔｚｔｎｄｓｇ．，ｈＳｔｕｔｒｅｌｓｗｄｈｂｎｓｔｓｓｉｎｉｒｑｅｃａｄｂｐｉａｉｅｉｎｚａｍｉｏ
ＬｎｈｕＧａｓ３００，Ｃｉａ；ａｚｏｎｕ７０５ｈｎ
２ＣｌｇｆＣｅｉｒａｄＥｖｏｍｅｔｎｉｅｒｇｏａｇｅｎｅｉ，ｉｇｈｕＨｕｅ４４２，Ｃｉａ．ｏｅｅｏｈｍｓｙｎｎｉｎｎａＥｇｅｉｆｎｔｕＵｉｒｔＪｎｚｏｂｉ３０３ｈ）ｌｔｒｌｎｎＹｚｖｓｙｎＡＳＲＴ：ｈａｓｉｉｎｃｎｒｌｆｌｃｏａｎｔａｅｉａｂｎｙａｊｓｎｔｃｕｅｐｒｍｔｆｆ — ＢＴＡＣＴｅｔｎｍｓｏｏｔｅｔｍｇｅｉｗｖｎａｄｂｄｕｔｇｓｕｔｒａａｅｒｏｅｒｓｏｏｅｒｃｉｒｅｓｒｑｅｃｅｃｖｕａｅ（Ｓ）ｉａｐｒｎａｅｓｄｅｆｉｅｓｎｏｅｅｌｅｉｔｂｎｓｒｐｕｎｙｓｌｔｅｓｒｃＦＳｓｎｉｏｔｔｒｉｔｕｙｉｄｏｌｒｅｉｆｍａｐｔｎｈｔｆｌｆｔ．Ｉｒｒｏｒｉｄｈａｄｏ— ｄｔａｚｗｐ
（ｙ＝一￣ｏ（），）ｊ６Ｆ，其中
３ —△ △ －／Ｚ（
ｏ
ｃｌ０ｎ
（）９
其中是ＦＳ两个周期方向的夹角，（，）为谱Ｓｄ卢域并矢格林函数，选用子域基函数中的Ｒｏｆｐ子域函数为ｏｔｏ
基函数，用矩量法求解方程（）就可以求出等效磁流分布，７，进而可以求出透射系数。
ＫＥＹＷＯＲＳ：ｒｑｅｃｅｃｖｕａｅＦＳ；ｒｓｓｉｒｐｒｅ；ｐｃｒｏｉｍｔｄＣｒｕａｎｔＤＦｅｕｎｙｓｌｔｅｓｒｃ（Ｓ）ＴａｍｉｏｐｏｅｔｓＳｅｔｌｍａｅｏ；ｉｌｒｉｅｉｆｎｓｎｉａｄｎｈｃｕ
收稿日期：０１０ — ２修回日期：０ｌ０ — ５２１—４２２１一７２
一
ｌ２６一
分析法计算各种不同结构参数下的传输特性，明确单元大小、元宽度、单阵列周期等结构参数对其传输特性的影响规律。并据此对圆环形单元结构参数进行优化，该结构ＦＳ使Ｓ在Ｋｕ波段（２５Ｈ１Ｇｚ实现宽带传输。１．Ｇｚ８＇）Ｈ
迅速应用于电磁学、波、微天线、雷达以及卫星通信等领域。
ＦＳ已经在微波、Ｓ红外直至可见光段得到广泛应用和深入研
究［３。在ＦＳ国内外研究中流行多种理论及算法，１）－Ｓ如谱域法、传输线法、网络端口算法、遗传算法等，这些算
法中．Ｔｓ以ａｏ和Ｍｉｒｔａ在１８ｔ９２年提出的谱域法数学模型比
通信和雷达罩的滤波天线，它能保证在我方工作频带内具有良好的反射特性，证了反射面在天线工作频率内正常工保
作．在带外。种表面具有良好的透波特性，这不产生强烈反
＝
，）ｌｌ（ｙ
Ｌ（ｙｊ日，）
南 × ２Ｏｎ㈩－３２ｌ］ｍｎｆｍ
蝴Ｌ卢）ｉＪ（Ｊ协 …
，
２原理方案及优化
２１谱域分析方法．
由于ＦＳ阵列是二维周期结构，Ｓ由傅里叶变化的性质可知，和Ｊ不再是连续的值，Ｂ变为Ｆｏｕｔｌｑｅ谐波，表达式为其
和卢它们对应相应的，
＋ｋ
（）８
后的空域积分方程转化为谱域的代数方程。然后运用谱域Ｇｌｋｎ法或谱域迭代法求出电流谱函数的解，而计算散ａｒｉｅ进
射场。得出反射和透射系数。利用电磁场二重性原理，假设Ｍ是ＦＳ结构上由入射电Ｓ磁场激励起的感应磁流．则单个单元的散射场可表示为
第２卷第５９期
文章编号：０６９４（０２０ — １６０１０ — ３８２１）５０２ — ４
计
算
机
仿
真
２１年５０２月
Ｋｕ波段宽带传输频率选择表面优化设计
曲宝龙，李旭东朱鹏刚张自斌，，
（．兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，１甘肃兰州７０５；３００２．长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州４４２３０３）
Ｑａ —ｏｇ，ＩｕｄｎＺｅｇｇｎＺＮｉｂｎｕＢｏｌｎＬ — ｏｇ，ＨＵＰｎ— ａｇ，ＨＡＧＺ－ｉＸ
（．Ｓａｅａ．ｏａｓｄａｃｄＮｎｆ￣ｕｅａＭａｒｌ，ａｚｏｎｖｒｔｏｅｈｏｇ，１ｔｔＫｙＬｂｆｎｕＡｖｎｅｏ－ｅｏｓＭｔｔｉｓＬｎｈｕＵｉｓｙｆｃｎｌｙｅＧｌｅａｅｉＴｏ
关键词：频率选择表面；传输特性；域法；谱圆环形单元
中图分类号：Ｐ９．：Ｎ１．Ｔ３１９Ｔ７３５文献标识码：Ａ
ＯｐｔｍｉａｉｎｓｇｏｉｈｎｆＦｒｑｎｙｉｚｔｏＤｅｉｎｆｒＷｄｔＢａｄｏｅｕｅｃＳｅｅｔｖｕｒａｅｉｕＦｒｑｎｙＢａｌｃｉｅＳｆｃｎＫｅｕｅｃｎｄ