有源频率选择表面反射特性的分析
频率选择表面的等效电路_概述说明以及解释
频率选择表面的等效电路概述说明以及解释1. 引言1.1 概述频率选择表面（Frequency Selective Surface，简称FSS）是一种具有特定频率响应特性的二维或三维结构，常用于控制电磁波的传输和反射。
相比于传统的无源电子元件，频率选择表面通过其特殊的等效电路模型实现了对电磁波的频率选择功能。
本文将介绍频率选择表面的等效电路模型以及其在通信、雷达、天线等应用领域中的重要性。
1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分：引言、频率选择表面的等效电路概述、频率选择表面的等效电路模型、设计和优化方法、结论与展望。
首先，我们将在引言部分介绍文章的背景和目的，为后续内容做铺垫。
接着，我们将详细阐述频率选择表面的定义和背景，并探讨其结构和原理以及在不同应用领域中的应用情况。
然后，我们将介绍常见的几种频率选择表面的等效电路模型，包括电感模型、电容模型和电阻模型。
随后，我们将探讨设计和优化方法，涵盖参数选择与调整、材料特性与性能分析以及实验测试与验证技术。
最后，我们将总结主要发现，并展望频率选择表面的未来发展方向。
1.3 目的本文旨在深入了解频率选择表面的等效电路模型，包括其定义和背景、结构和原理以及应用领域。
通过对电感模型、电容模型和电阻模型的介绍，读者可以对频率选择表面的工作原理有更为清晰的认识。
同时，我们将讨论设计和优化方法，以帮助读者更好地应用频率选择表面于实际工程中。
最后，我们将总结文章主要内容，并探讨未来频率选择表面在相关领域中的潜在发展方向。
2. 频率选择表面的等效电路2.1 定义和背景频率选择表面（Frequency Selective Surface，简称FSS）是一种具有特定波长选择性的电磁波滤波结构。
它可以实现对特定频率范围内的电磁波进行选择性透射或反射。
在无线通信系统、天线设计、雷达技术、光学器件等领域，对特定频段的电磁波进行控制和管理是非常重要的。
频率选择表面通过其特殊的物理结构和材料参数，能够实现对特定频率范围内电磁波的限制或传输，在这些应用中得到了广泛的应用。
用三维谱域法分析频率选择表面的电磁特性的开题报告
用三维谱域法分析频率选择表面的电磁特性的开题报告一、选题背景及意义频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）是一种具有特殊结构的二维或三维电子器件，在光学、电子、通信等领域有着广泛的应用。
FSS具备对于不同频率的电磁波有选择性透射和反射的能力，因此在设计和制备FSS时需要准确地掌握其电磁特性和性能，以满足具体应用要求。
传统分析方法主要采用计算机模拟和组成部分法等手段，但受限于计算资源和计算复杂度等问题，传统方法难以快速准确地获得FSS的电磁特性。
而三维谱域法作为一种有效的FSS电磁特性分析方法，已经受到了广泛的关注和研究。
因此，采用三维谱域法对FSS的电磁特性进行分析，具有非常重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究内容和目标本研究主要采用三维谱域法对频率选择表面的电磁特性进行分析和研究，主要包括以下方面：1. 基于三维谱域法对FSS的电磁传输和反射特性进行模拟和计算。
2. 分析FSS的结构参数和材料参数对其电磁特性的影响，探究最优设计方案。
3. 基于三维谱域法对FSS在微波通信系统、雷达系统等领域的应用进行研究和探索。
该研究的主要目标是：1. 探究三维谱域法对FSS电磁特性分析的适用性和精度，为FSS的研究提供新的分析思路和方法。
2. 优化FSS的设计和制备过程，提高其电磁特性和性能，为实际应用打下基础。
3. 探索FSS在通信和雷达等领域的应用，促进电子技术和通信技术的发展。
三、研究方法和步骤本研究采用三维谱域法对FSS的电磁特性进行分析和研究。
具体步骤如下：1. 建立FSS的三维模型，确定FSS的材料参数和结构参数。
2. 基于时域有限差分法（FDTD）生成FSS的电磁数据，并通过数学变换将其转换为频域数据。
3. 利用三维谱域法计算FSS的透射和反射特性，并分析FSS的电磁场分布情况。
4. 利用模拟结果分析FSS的电磁特性和性能，进一步优化FSS的设计方案。
5. 将FSS应用于微波通信和雷达等领域，探讨其应用效果和适用性。
频率选择表面简介
频率选择表面综述1 滤波原理两种类型：1 贴片型（介质型）在介质表面周期性的标贴同样的金属单元。
滤波机理：假设电磁波入射从左向右入射到贴片型频率选择表面上。
在平行于贴片方向的电场对电子产生作用力使其振荡，从而在金属表面上形成感应电流。
这个时候，入射电磁波的一部分能量转化为维持电子振荡状态所需的动能，而另一部分的能力就透过金属丝，继续传播。
换言之，根据能量守恒定律，维持电子运动的能量就被电子吸收了。
在某一频率下，所有的入射电磁波能量都被转移到电子的振荡上，那么电子产生的附加散射场可以抵消金属导线右侧的电磁波的出射场，使得透射系数为零。
此时，电子所产生的附加场同时也向金属导线左侧传播，形成发射场。
这种现象就是谐振现象，该频率点成为谐振点。
直观的看，这个时候贴片型频率选择表面就成反射特性。
再考虑另一种情况，入射波的频率不是谐振频率的时候，只有很少的能量用于维持电子做加速运动，大部分的能量都传播到了贴片的右侧。
在这种情况下，贴片对于入射电磁波而言，是“透明”的，电磁波的能量可以全部传播。
这个时候，贴片型频率选择表面就成透射特性。
一般而言，贴片类型是作为带阻型滤波器的。
等效电路：LC串联2 开槽型（波导型）在金属板上周期性的开一些金属单元的槽孔。
滤波机理：当低频电磁波照射开槽型频率选择表面时，将激发大范围的电子移动，使得电子吸收大部分能量，且沿缝隙的感应电流很小，导致透射系数比较小。
随着入射波频率的不断升高，这种电子移动的范围将逐渐较小，沿缝隙流动的电流在不断增加，从而透射系数会得到改善。
当入射电磁波的频率达到一定值时，槽两侧的电子刚好在入射波电场矢量的驱动下来回移动，在缝隙周围形成较大的感应电流。
由于电子吸收大量入射波的能量，同时也在向外辐射能量。
运动的电子透过偶极子槽的缝隙向透射方向辐射电场，此时的偶极子槽阵列反射系数低，透射系数高。
当入射波频率继续升高时，将导致电子的运动范围减小，在缝隙周围的电流将分成若干段，电子透过槽缝隙辐射出去的电磁波减小，因此，透射系数降低。
fss 频率选择表面
fss 频率选择表面自20世纪90年代以来，由于通信技术的迅猛发展，对于传输容量和信道带宽的要求也不断提高。
因此，发展具有高效率传输和较高频率容量的技术是研究者们不断努力的方向。
传统的技术如多输入多输出（MIMO）和正交分频多路复用（OFDM）仍然在通信领域有着重要的地位，但是在获得高的功率接收方面，仍存在一定的不足。
为了解决这一问题，FSS率选择表面技术（FSSs）应运而生。
它是一种能够给定信号源提供可用频率的表面结构，有可能完全屏蔽高场强的信号，而只接收低场强的信号。
这一技术具有有效的接收功率和较高的频率容量的特点，为了更好的发挥它的作用，通常会结合其他技术，如MIMO、OFDM等来实现高性能传输。
首先，FSSs一种表面结构，利用放射性元件的折射反射原理，让指定的信号从接受方法反射到发射方，从而实现高效传输。
它通常具有较大的电磁反射系数，和较佳的发射特性，这意味着即使在恶劣环境中也能够提供较好的性能。
其次，FSSs以提供高效率的信号传输。
由于它能够给定信号源提供可用频率，从而实现高的体积效率和较高的频率容量。
它允许按照特定频率频道来分别发射和接收信号，并且能够同时在空间和频率域上对信号进行频率选择，可以在限制射频噪声和干扰的情况下实现高效传输。
最后，FSSs有较高的安全性。
由于它可以在指定的频率频道上检测传播信号，而只要在频率上瞄准低场强的信号，就可以使高场强的信号被完全屏蔽，这就有助于防止发射方的信号被拦截。
事实上，FSSs经成为研究者们的重点，不仅在传统的通信技术中发挥着重要的作用，而且在5G、6G、甚至未来的技术中也将发挥重要的作用。
它可以提供更大的传输容量和更高的信道带宽，为下一代传输技术的发展奠定基础。
由此可见，FSS率选择表面技术是对传输容量和信道带宽要求的有效技术，它能够应对不断变化的技术环境，为未来的通信系统提供更高的可靠性和节约资源的发展方向。
频率选择变面的边界条件的反射率
频率选择变面的边界条件的反射率一、概述1. 频率选择表面是一种特殊的表面结构，能够对特定频率的电磁波进行选择性反射或透射。
2. 在设计频率选择表面时，其边界条件的反射率是一个非常重要的参数。
3. 本文将从数学模型和实际应用两个方面探讨频率选择变面的边界条件的反射率。
二、数学模型4. 频率选择变面可以用Maxwell方程组描述，其中包括电磁波在频率选择表面上的传播和反射。
5. 在边界条件的处理上，常用的方法包括矢量电磁场理论、电偶极子理论等。
6. 通过建立数学模型，可以分析出频率选择表面在不同频率下的反射率特性。
三、频率选择表面的边界条件7. 频率选择表面通常包括导电片和介质层，其边界条件对反射率有重要影响。
8. 不同形式的频率选择表面，如金属贴片阵列、绝缘贴片阵列等，其边界条件的处理方法有所不同。
9. 针对不同形式的频率选择表面，需要分别进行边界条件的求解和反射率的计算。
四、频率选择表面的反射率计算10. 在实际应用中，需要根据频率选择表面的结构和工作频率，计算其边界条件下的反射率。
11. 通过数值计算或仿真模拟，可以得到频率选择表面在不同频率下的反射率曲线。
12. 反射率的计算结果可以用于指导频率选择表面的设计和优化，以满足特定的应用需求。
五、频率选择表面在通信和雷达中的应用13. 频率选择表面在通信和雷达系统中有着广泛的应用，如天线、隐身技术等。
14. 通过调整频率选择表面的反射率特性，可以实现对电磁波的精确控制和调制。
15. 在通信和雷达系统中，频率选择表面的边界条件的处理和反射率的设计是十分关键的。
六、结论16. 频率选择变面的边界条件的反射率是影响其性能的重要参数，需要通过数学建模和实际计算来确定。
17. 通过合理设计频率选择表面的边界条件和反射率特性，可以实现对电磁波的有效控制和利用。
18. 频率选择表面在通信和雷达等领域的应用前景广阔，对其反射率特性的研究具有重要意义。
七、频率选择表面的设计与优化1. 频率选择表面的设计与优化是一个复杂而重要的工作。
频率选择表面的研究与应用现状
多频 Ｆ Ｓ Ｓ设计 的研 究进展 和现 状 ， 阐述 了为满足 实际应用和技 术支持 的需要 ， Ｆ Ｓ Ｓ结构设 计在 小型化和 可调 性 方面
的最新进展 ， Ｆ Ｓ Ｓ结 构 设 计 与 加 工 还 存 在 较 大 的发 展 空 间 。 关 键 词 频率选择 表面 响应特性 稳定性 谐振 文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： ＴＮ９ １
・ ５ ２・
材 料 导报 Ａ： 综述篇
２ ０ １ ３年 １ ０月 （ 上） 第２ ７卷 第 １ ０期
频 率选 择 表 面 的研 究与 应 用现 状
陈 晓 辉 ， 张 海 岩
（ １ 北京交通 大学 中国产业安全研究 中心 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ４ ； ２ 中钢设备股份有 限公 司 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ０ ） 摘要 主要介绍 了频率选择表 面在 雷达罩、 空间电磁 滤波器等领 域的应用 以及频率选择表 面级联 结构设 计和
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｍｅ ａ ｒ ｅ ａ ｏ ｆ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｏ ｍｅ
Ｔｈ ｅ Ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎｔ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｆｒ ｅ ｑｕ ｅ ｎｃ ｙ Ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ
ＣＨＥＮ Ｘｉ ａ ｏ ｈ ｕ ｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｈａ ｉ ｙ ａ ｎ
ｅ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ．
基于有源频率选择表面的电磁兼容
基于有源频率选择表面的电磁兼容金萍;温浩【摘要】有源FSS是指在FSS中加入PIN管或变容二极管等有源器件构成的FSS 结构,通过调节有源器件的偏置电压或偏置电流来改变FSS的谐振特性.在此主要是对加入的有源器件对有源FSS结构的谐振特性产生的影响进行分析,并给出其仿真结果.通过仿真结果来分析有源FSS用于电磁兼容的可行性.结果表明,有源FSS用于电磁兼容不仅可行,而且有一定的应用价值.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)024【总页数】3页(P124-126)【关键词】有源频率选择表面;二极管;谐振特性;电磁兼容【作者】金萍;温浩【作者单位】五邑大学,信息工程学院,广东,江门,529020;五邑大学,信息工程学院,广东,江门,529020【正文语种】中文【中图分类】TN919-34随着科学技术的进步，人类社会进入信息化社会。
人类的生存环境也同电磁环境互相交融。
早在1975年就有专家曾预言，随着城市人口的迅速增长和科技的进步，汽车、计算机等电气设备进入家庭，空间人为电磁能量每年增长7%～14%，也就是说25年电磁能量密度最高可增加26倍，50年可增加700倍，21世纪电磁环境日益恶化[1]。
在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁干扰，使各种设备正常运转，即电磁兼容，是一个亟待解决的问题。
本论文将通过有源频率表面用于电磁兼容的可行性，并给出相关结论。
1 电磁兼容及有源频率表面所谓电磁兼容是指一切电气、电子设备及系统在它们所处的电磁环境中(有电磁干扰的情况下)能正常工作而不减低其性能的能力[2]。
为实现电磁兼容，选择FSS贴在敏感器件周围，滤除干扰信号。
接地、屏蔽、滤波是抑制电磁干扰的3大技术，这是电子设备和系统在进行电磁兼容性设计过程中通用的3种主要电磁干扰抑制方法。
滤波是利用元器件减小或消除干扰信号，是抑制电磁干扰的重要手段之一。
频率选择表面(FSS)是由大量导体贴片单元(带阻型)或导体屏周期性开孔单元(带通型)组成的二维周期性阵列结构，其特性是可以有效地控制电磁波的反射和传输。
基于等效电路的频率选择表面分析与设计
硕士学位论文基于等效电路的频率选择表面分析与设计摘要频率选择表面(FSS)单元结构的传统设计方法，更多依赖设计者的经验和多次全波仿真的尝试，而本文将根据FSS的等效电路，结合贴片电感、贴片电容、叉指电容、弯折线电感等构建周期单元，以探索FSS的高效设计方法，具体内容如下1.基于集总电感电容的FSS设计及研制基于单双频FSS的等效电路，利用集总贴片电感、电容构建FSS单元结构，完成了谐振频率为4.37GHz的单频FSS和谐振频率为2.5GHz、5.25GHz的双频FSS设计、加工和测试，两种FSS的单元尺寸分别达到1/14波长和1/12波长，并具备良好的极化和倾斜角度稳定性。
2.基于准集总电感电容的FSS设计及研制为解决贴片电感、电容加载FSS需要焊接、成本高等问题，基于单双频FSS 等效电路，利用叉指电容、弯折线电感构建全平面的FSS谐振单元，完成了谐振频率为2.6GHz和5GHz的双频FSS设计、加工和测试，测试结果与仿真结果较为一致。
3.基于等效电路的FSS吸波体设计研究研究了FSS吸波体的工作原理和等效电路，利用集总贴片电阻，开展了8-20GHz波段吸波体设计研究，获得了比较好的带宽和吸波性能，其单元厚度为1/12波长，8-20GHz波段反射系数小于-10dB。
关键词：频率选择表面、等效电路、电感、电容、吸波体IAbstract 硕士学位论文II AbstractThe traditional design methods of Frequency Selective Surface (FSS) depend more on the designers’ experience and their multiple attempts of full wave simulation. According to the equivalent circuit of FSS, this article will explore an effective design method of FSS, combining lumped inductors, lumped capacitors, interdigital capacitors, meander line inductors and other construction cycle units. Specific content is as follows.1. FSS design based on lumped inductance and capacitanceBased on the equivalent circuit of single-frequency and double-frequency FSS, and the use of lumped inductance and capacitance to build FSS unit, this author completes the design, processing and test of the single-frequency FSS with resonant frequency of 4.37 GHz and the double-frequency FSS with resonant frequencies of 2.5 GHz and 5.25 GHz. The cell sizes of these two kinds of FSS respectively are 1/14 wavelength and 1/12 wavelength, with good polarization and tilt angle stability.2. FSS design based on quasi-lumped inductance and capacitanceWhen lumped inductance and capacitance loads FSS, it needs welding and is of high cost. In order to solve this problem, this author bases the design on the equivalent circuit of single-frequency and double-frequency FSS, uses the interdigital capacitor and meander line inductor to build a full-plane FSS resonant unit, and completes the design, processing and test of double-frequency FSS with resonant frequencies of 2.6GHz and 5GHz. The test results are consistent with the simulation results.3. FSS absorber design research based on equivalent circuitThe working principle and equivalent circuit of FSS absorber are studied. The lumped patch resistance is used to do design research on absorber of 8-20GHz waveband, and good bandwidth and absorption property are obtained. The unit size is 1/12 wavelength and the reflection coefficient of 8-20GHz waveband is less than -10db.Key word: frequency selective surface, equivalent circuit, inductance, capacitance, absorber硕士学位论文基于等效电路的频率选择表面分析与设计目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2频率选择表面简介 (2)1.2.1频率选择表面概述 (2)1.2.2频率选择表面的主要研究方法 (3)1.3本文研究工作 (5)2基于集总电感电容的FSS设计及研制 (6)2.1 等效电路阐述 (6)2.1.1 单频透射型FSS及等效电路分析 (6)2.1.2单频反射型FSS及等效电路分析 (6)2.2 基于等效电路的集总元件小型化单频FSS仿真设计 (7)2.2.1结构设计 (7)2.2.2 仿真及性能分析 (8)2.2.3 小结 (10)2.3基于等效电路的集总电感电容加载双频FSS设计与制备 (10)2.3.1 基于等效电路的结构设计 (10)2.3.2仿真及性能分析 (12)2.3.3样品加工和测试 (15)2.4本章小结 (16)3基于准集总电感电容的FSS设计及研制 (17)3.1引言 (17)3.2基于弯折线和贴片电容双频FSS设计与仿真 (17)3.2.1 改进结构一 (17)3.2.2仿真及性能分析 (18)3.2.3改进结构二 (20)3.2.4仿真及性能分析 (21)3.3基于等效电路的叉指电容和弯折线电感双频FSS设计与制备 (22)III目录硕士学位论文IV 3.3.1结构设计 (22)3.3.2仿真及性能分析 (23)3.3.3样品加工与测试 (25)3.4 本章小结 (28)4基于等效电路的FSS吸波体设计研究 (29)4.1 吸波材料简介 (29)4.2结构设计 (30)4.3等效电路分析 (30)4.4仿真及性能分析 (31)4.5本章小结 (35)5总结与展望 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录 (42)硕士学位论文 基于等效电路的频率选择表面分析与设计 11绪论1.1研究背景及意义频率选择表面(Frequency Selective Surface ,简称FSS )[1]是一种由贴片金属单元[2]或金属开槽单元构成的起空间滤波作用的二维周期性阵列结构。
一种电磁防护有源频率选择表面及其控制方法
一种电磁防护有源频率选择表面及其控制方法电磁防护是指利用技术手段阻隔、屏蔽或减弱电磁干扰的方法，以保护电子设备的正常运行。
有源频率选择表面（Active Frequency Selective Surface, AFSS）是一种新型的电磁防护材料，具有选择性传输或反射电磁辐射的能力。
本文将介绍有源频率选择表面及其控制方法。
一、有源频率选择表面的原理和结构有源频率选择表面是由一系列互相分离、反思和互连的导体贴片构成，这些导体贴片可以通过电子元器件实现频率响应的调节和控制。
当电磁波面射到有源频率选择表面上时，根据有源频率选择表面的结构和电子元器件的控制，部分电磁波可以穿过有源频率选择表面，而另一部分则被反射、散射或吸收。
通过调节有源频率选择表面的结构和电子元器件的参数，可以实现对电磁波的选择性传输。
有源频率选择表面的结构一般由有源单元、调节电路、控制电路和外界信号源组成。
其中，有源单元是由一系列可调导体贴片组成，可以通过改变导体贴片的状态来调节电磁波的传输。
调节电路负责传递外界信号，控制电路则负责调节电磁波的选择性传输。
二、有源频率选择表面的控制方法有源频率选择表面的控制方法主要有以下几种：1. 控制电压调节法：利用外界电压来改变有源频率选择表面中的导体贴片的状态，从而实现电磁波的选择性传输。
通过控制电压，可以调节导体贴片之间的距离、形状和连接方式，从而改变电磁波的传输特性。
2. 控制频率调节法：利用外界频率信号来改变有源频率选择表面的导体贴片的频率响应，从而达到选择性传输的目的。
通过调节导体贴片的尺寸、结构和形状，可以实现对不同频率电磁波的选择性传输。
3. 控制电流调节法：通过调节有源频率选择表面中的电流大小和方向，改变导体贴片的电磁特性，从而实现选择性传输。
通过控制电流大小和方向，可以改变导体贴片的电阻、电感和电容等参数，从而实现对电磁波的选择性传输。
4. 自适应控制法：利用反馈控制技术，根据传感器或接收器的反馈信号，自动调节有源频率选择表面的结构和参数，实现对电磁波的自适应和选择性传输。
高性能三维频率选择表面的设计及特性研究
摘要近年来，频率选择表面（Frequency Selective Surface, FSS）作为空间滤波器，被广泛应用于雷达天线罩、天线副反射器、吸波体以及电磁屏蔽等。
由于其独特的滤波特性，越来越受到研究人员的关注。
相比于二维FSS来说，三维（Three-Dimensional，3D）FSS具有更大的设计自由度，在单元结构中可以构建多个谐振模式，由此产生多个传输零极点，从而提高FSS的性能。
本文提出了三种新型的三维单元结构，并以此为基础设计了一系列具有双极化、高选择性、良好的角度稳定性以及较小的电尺寸等优势的3D FSS。
具体研究内容如下：1.提出了一种由上下端面刻蚀相同谐振单元的介质方块和方波导组合而成的新型三维单元结构。
借助上下端面谐振单元之间的电磁耦合作用，将原有谐振单元的单一谐振模式耦合分裂为奇模和偶模两种模式，产生了多个传输零极点，由此设计了一系列高性能的3D FSS。
通过在介质方块的上下端面加载正方形贴片、方环、双方环、三方环谐振单元，分别设计了宽频带通FSS、准椭圆响应带通FSS、小通带比双频带通FSS和高选择性三频带通FSS。
在上下端面加载方环的单元结构基础上，通过在介质方块中间层加载同心方环，分别设计了三阶带通3D FSS和多层互补三频带通3D FSS。
运用等效电路模型对上述FSS的工作原理进行了分析，并研究了结构参数的变化对FSS性能的影响。
最后，对准椭圆响应带通FSS、三阶带通FSS和小通带比双频带通FSS三个实物进行了加工、组装和实验测试。
2.提出了一种由改进型方同轴波导（Square Coaxial Waveguide，SCW）路径和平行板路径（Parallel Plate Waveguide，PPW）组合而成的新型三维单元结构。
首先，分析了新型单元结构的演变过程，并以此为基础设计和仿真了一个具有准椭圆响应的带通3D FSS。
为了说明其工作原理，对传输零极点处的电场矢量分布进行了分析。
影响频率选择表面传输特性的参数分析
影响频率选择表面传输特性的参数分析章节一：绪论- 引言- 研究背景和意义- 目的和意义- 国内外现状综述章节二：理论部分- 频率选择表面的基本原理- 表面波与体波的传播特点- 参数对频率选择表面传输特性的影响- 参数分析方法章节三：模拟与分析- 模拟设计、实现和参数选择- 模拟仿真结果- 实验验证与分析章节四：参数选择与优化- 参数选择的指导原则- 参数优化的方法和目标- 优化结果的分析与评价章节五：结论与展望- 论文工作总结- 研究成果的价值和意义- 存在的不足和未来研究方向第一章节：绪论引言：频率选择表面（FSS）作为一种新型电磁材料，在微波工程、通信工程等领域得到了广泛应用。
FSS 可以通过对电磁波的相位、振幅等进行独特的控制，从而实现对电磁波的选择性与调制，具有广泛的应用前景。
本文将探讨 FSS 的一些基本参数如何影响其传输特性，从而提出有效的参数分析方法和优化策略，达到改进 FSS 设计的目的。
研究背景和意义：FSS 作为一种新型电磁材料，有着很多的应用，例如在微波天线、无线电传输和防护措施等方面。
因此，对 FSS 的研究有着非常广泛的意义。
而在 FSS 的设计中，参数分析是非常重要的一环。
参数分析能够帮助我们理解 FSS 的工作机制，并对其进行精确的设计和制备。
因此，通过对FSS 的参数分析，可以提高 FSS 的传输性能，达到更好的应用效果。
目的和意义：本文旨在研究 FSS 的各种参数对其传输特性的影响，并提供有效的参数分析方法和优化策略，以此来改进 FSS 的设计。
研究的目的主要有以下几个方面：1. 理解常用的 FSS 参数，并认识它们与 FSS 传输特性之间的关系。
2. 探寻基本参数对 FSS 传输特性的影响，以期获得更好的性能。
3. 提出有效的参数分析方法和优化策略，以此来辅助 FSS 的设计和制备。
4. 通过定量研究，为 FSS 的应用提供更加准确的数据支撑。
国内外现状综述：FSS 的研究已经在国内外得到了广泛的应用。
频率选择表面分析方法
频率选择表面的研究起始于上世纪60年代，国内外大批学者均为之投入了大量精力进行广泛深入的工作，提出了各种不同的数学分析与计算方法，如交分法，等效电路法，模式匹配法，谱方法等，这些计算方法主要可分为两大类，即标量分析方法与矢量分析方法。
前者包括变分法，等效电路法等，其仅可通过计算获得关于反射透射系数的幅度信息，通用性差，但计算量小，耗时短；后者包括模式匹配法，谱方法等，其通过计算不仅可获得反射透射系数的幅度信息，还可以获得相关的相位与极化信息，通用性强，但计算量大且耗时长。
值得一提的是，国内研究目前普遍采用模式匹配法进行计算分析，该方法不仅适用于求解任意单元形 状及排列方式的无限大平面FSS 结构，还可应用于多层的FSS 以及均匀层状衬底等组合结构。
但这种方法 依然存在不足，即处理复杂多层FSS 时计算量非常大，而且在数值求解过程中，选择适合复杂单元形状的 基函数非常困难，因而难以保证解的收敛速度，降低了有效性。
与一般模式匹配法相比，谱方法原理上也能分析任意单元形状的FSS 结构，在求解无限大FSS 问题时 与模式匹配法相当，该方法在求解过程中要求选取合适的基函数来保证收敛性，但可直接用于求解有耗FSS 的散射问题，与迭代技术相结合可以求解有限尺寸的FSS 散射问题。
并且谱方法利用了场的周期性，注意 电流分布的周期性特征，所以求解模型简单，计算量小，是一种很好的方法。
谱展开法在周期性结构的分析中，谱展开法是一种重要的分析方法。
Floquet 定理;一维周期结构如图2．5所示。
设入射平面波z TM()0j wt z E E e ϕ-=则空间沿x 方向相距为m 个周期的两点之间场为cos ,(,,)x jm D x x mD y w x y w e βθ-ψ(+,) =ψ式中ψ为电磁场的某一分量。
m 为一整数，β为传播常数，x D 为沿x 方向的周期长度，θ为入射角，上式即是Floquet 定理。
如果这个周期结构的单元是偶极子等贴片型类型，则入射场在单元上将感应出电压，并产生电流，如果我们将其中一个单元的电流作为基准单元电流(表示为0I )，则距它m 个周期的单元电流表示为m I 。
频率选择表面研究与设计
频率选择表面研究与设计刘国盛;田辉【摘要】This paper studies the frequency selective surface (FSS).By investigating FSS in different structures,a kind of band pass FSS on normal dielectric material using HFSS is designed and simulated.In 20％bandwidth,the transmission attenuation of this kind of FSS is lower than-2 dB when vertical irradiation,the transmission characters when the incident microwave come from different direction is also studied.%对频率选择表面进行了研究,通过研究不同结构的频率选择表面,在现有介质材料的基础上设计了一种具有带通特性的频率选择表面,并用Ansoft HFSS进行了仿真设计.在20％带宽内实现了垂直照射传输损耗小于-2 dB,并研究了电磁波在不同入射角度下的传输特性.【期刊名称】《现代防御技术》【年(卷),期】2013(041)003【总页数】5页(P106-110)【关键词】频率选择表面;带通;垂直照射;传输特性【作者】刘国盛;田辉【作者单位】中国航天科工集团公司二院25所,北京 100854;中国航天科工集团公司二院25所,北京 100854【正文语种】中文【中图分类】TN820.8+10 引言在安装有雷达传感器的各类飞行器上，希望雷达天线罩在工作频段内实现低损耗传输，而在工作频段外像金属罩一样，与飞行器外形相赋形，从而达到低雷达散射截面的目的，构成各类隐身飞行器。
频率选择表面是一种空间滤波器，它可作为雷达天线的带通天线罩，在工作频段内既可以有效降低外来干扰，又可以减小前向电磁散射，从而降低目标RCS［1］。
一种超材料的平面型频率选择反射面特性研究
一种超材料的平面型频率选择反射面特性研究朱安福;向坤;张安学【摘要】为降低频率选择反射面的设计维度和制造成本,研究了开口谐振环的结构尺寸对谐振点的影响,提出了一种双面印制型开口谐振环(Split-Ring Resonators,SRR)结构.利用负磁导率超材料,设计了一种双面印制型SRR结构,在平面内对SRR正交排列形成双面印制型频率选择反射面,对馈源频段的垂直极化波反射,而对其它频段来波透射.通过对新型频率选择反射面的测试,测试结果表明符合设计频率选择反射面(Frequency Selective Reflector,FSR)的反射性能.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2015(030)001【总页数】5页(P109-113)【关键词】开口谐振环;频率选择反射面;谐振点;超材料【作者】朱安福;向坤;张安学【作者单位】华北水利水电大学电力学院,河南郑州450011;西安交通大学电子与信息工程学院,陕西西安710049;西安交通大学电子与信息工程学院,陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TN820在一定频段中，SRR周期结构产生负磁导率效应，对空间电磁波具有频率选择反射效果［1－2］.实质上，二维SRR周期平面结构是负磁导率（μ-negative，MNG）超材料［3－4］.电磁波在MNG材料的工作频带内不满足传播条件，所以在普通介质和MNG材料的分界面上电磁波产生全反射，这是从材料的电磁参数角度分析电磁波传播问题.基于MNG材料设计的FSR与贴片FSR相比较，MNG 材料FSR的单元尺寸远小于1／4工作波长.因此，在有限面积上可以分布更多周期结构，而且边缘截断效应小，在实际工程应用中提高了滤波性能.另外，SRR单元结构决定MNG材料的谐振中心频率，FSR的特性由超材料电谐振或磁谐振单元的工作频带确定.周期单元的间隔影响反射波的频带宽度，使得FSR设计的自由度大，所以SRR在天线和滤波器设计方面得到广泛应用，极大地改善了它们的电磁性能，有研究将其应用于多频段的频率选择反射表面［5］.基于SRR设计的FSR是一种三维结构，其加工和制作的成本较高，使工程应用价值降低.为此，提出一种双面印制型SRR结构，采用电子工程中的印刷电路板技术制作FSR，由双面印制SRR的上下贴片和金属过孔代替圆形结构.在平面内，对所设计的SRR正交排列形成双面印制型频率选择反射面.通过仿真和测试得到传输特性，表明了这种FSR的频率选择反射性和阻带外透射性.超材料（Metamaterials，MTMs）是指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，通过在材料的关键物理尺度上的结构设计，以突破某些限制，从而获得超出自然界固有普通性质的超常材料功能.目前，研究较多的超材料有左手材料、光子晶体、隐身材料等，在微波器件领域也开展了相关研究，近些年获得了不少成果［6－11］.利用人工复合电磁超材料结构可以实现对空间电磁波滤波的效果.理论和实验已经表明，金属开口谐振环可以实现材料的有效磁导率在某一频率范围内为负.在超材料中，电磁波只产生磁谐振或电谐振，其材料的有效磁导率或有效介电常数将为负数，平面电磁波将全反射.在微波波段，如果其特征尺寸是入射波长一半的整数倍且宽度与入射波长相比可忽略不计时，在电磁波的照射下，无限大导电屏上的单个孔径或单个导电贴片就会发生谐振现象.此时传输场或者反射场最强，而在谐振频率范围外场值逐渐减小.由孔径或贴片单元组成的周期性FSR结构也同样具有谐振特性.但是，这与超材料的频率选择反射面有很大的不同，超材料FSR的单元尺寸远小于工作波长.双面印制型SRR的设计原型是圆形SRR，单环SRR可以等效成一个简单的RLC谐振回路.对于尺寸和材料确定的SRR结构，其本身具有一个固定的谐振频率［12］.通过调节圆环的半径r、线宽w和开口宽度d，可以比较方便地设计磁谐振角频率ω0和品质因数Q.式中R是SRR的等效电阻.如图2所示，圆形SRR单元结构所在平面与FSR的整体平面垂直，这样设计的FSR为三维结构，加工和制作的成本较高，降低了其工程应用价值.式中L、C是谐振回路的等效电容和电感.单环SRR的品质因数：单环SRR的磁谐振角频率：为了解决这个问题，基于电子工程印刷电路板工艺，提出了一种双面印制型SRR结构.如图3（a）所示，在双面印制型SRR结构中，原来的圆形SRR金属线由双面印制型SRR中的上下贴片和金属过孔实现，并在开槽处增加了容性桩，可更加灵活地调节SRR谐振频率和Q值.采用基于有限元方法的仿真软件Ansys HFSS对双面印制型FSR的传输特性进行仿真分析，仿真采用主从周期边界和Floquet端口设置，模拟无限大FSR周期结构.如图3所示，U＝V＝12mm（表示SRR周期为12mm），H＝30mm，FSR板材采用Rogers RT 5880（介电常数为2.2，损耗正切角为0.000 9），板厚h＝0.8mm.SRR单元结构中L＝4 mm，w＝w1＝1mm，w2＝2mm，R＝0.5mm，r＝0.15mm，d＝0.6mm.图4 为FSR传输与反射特性仿真曲线，其中反射系数为S11，透射系数为S21.由图4可以看出，二维SRR周期结构的入射波幅度｜S21｜获得了600 MHz的－3dB反射带宽，频率范围为13.2～13.8 GHz，中心谐振频率为13.5GHz.值得注意的是，双面印制型SRR在介质板两面的贴片之间会产生谐振.实质上，双面印制FSR是SRR周期结构和贴片型FSS的结合，其中SRR周期结构对FSR的反射性贡献最大.由于上贴片或下贴片的电长度比SRR短，因此，在比反射带频段高的频段里出现了较弱的谐振.如图4（a）所示，在0～30GHz范围里，除了13.5GHz的谐振带，在22.75GHz以及30GHz以上的频带也出现了较弱的谐振，这些弱的谐振带是实现SRR的工程化所不可避免的.根据仿真结果得到HFSS模型尺寸，制作出40 ×40单元的双面印制型FSR，使用矢量网络分析仪和微波分光仪搭建平台，测试双面印制FSR的透射和反射性能，测试频率范围为10～15GHz.在反射性测试中，两个喇叭的主轴方向和FSR的法线方向成相同的小夹角，且喇叭之间会有耦合，所以反射性测试结果只可近似反映该FSR的反射性能.图5为FSR透射性和反射性测试的结果，从图中可以看出，透射曲线在13.8GHz 中心频率有明显的阻带.从反射曲线可以看出，在13.8GHz附近有明显的反射带，反射带的中心频率为13.8GHz，－3dB反射带的频带宽度达900MHz，反射频带内的反射率与金属板相当，纹波为1dB.从透射曲线可以看出，在10～13GHz和14.5～15GHz频率范围内，电磁波几乎完全透射.另外，若忽略波动，FSR的反射相位曲线在13.5GHz附近近似为线性，验证了FSR在反射带内的线性相位.测试结果与仿真结果相比较分析，工作中心频率向高频移了0.3GHz，这主要是加工误差引起的.另外，测试的透射曲线与仿真曲线吻合较好，测试反射曲线在低频段与仿真结果差别较大，这主要是由于测量反射时，发射天线与接收天线位于频率反射面同侧，收发天线间存在直接耦合造成的.从透射曲线可以分析得出频率选择反射面的工作频带内反射和工作频带外透射的性能.为降低频率选择反射面的设计维度和制造成本，研究了开口谐振环结构中调整尺寸对谐振点的影响，提出了一种双面印制型SRR为结构.首先，以双面印制型SRR为基础，设计了基于MNG材料的FSR，由Floquet模式和HFSS仿真分析了尺寸的调整对谐振点的影响.通过优化圆贴片型SRR，找到一种双面印制型SRR结构，在平面内对SRR正交排列成双面印制型FSR.对双面印制型SRR单元的FSR进行了周期结构仿真和二端口网络测试，仿真和测试得到传输特性表明了FSR的频率选择反射性和阻带外透射性.［1］ SMITH D R，PADILLA W J，VIER D C，et posit medium with simultaneously negative permeability and permittivity［J］.Phys Rew Lett，2000，84（18）：4184-4187.［2］ SHAMONIN M，SHAMONINA E，KALININ V，et al.Properties of a metamaterisl element：analytical solutions and numerical simulations for a singly split double ring［J］.Journal of Applied 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- 1 -有源频率选择表面反射特性的分析寇松江东南大学毫米波国家重点实验室，南京 (210096)E-mail ：kousongjiang@摘 要：本文使用CST 仿真分析软件，采用电抗加载的方法研究了有源频率选择表面的反射特性，分析了工作于X 频段的方环缝隙型、四腿环缝型、Y 形环缝型三种透波型FSS 结构，给出了其谐振特性与所加载电抗的变化关系。
有源FSS 中的有源器件可等效为某种形式的电抗，通过电抗加载的分析，可为有源FSS 的分析与设计提供理论依据。
关键词：有源频率选择表面，电抗加载，反射系数中图分类号：TN0111．引言频率选择表面（FSS ）是军事隐身技术的重要组成部分，在军事领域有着非常重要的作用。
使用无源FSS 构成的装备,一旦成型，其谐振频率、工作带宽等电磁特性均无法改变，不能灵活地适应外部电磁环境的变化。
使用有源FSS ，就可以克服这些缺陷。
有源FSS 是指在FSS 中加入PIN 管或变容二极管等有源器件构成的FSS 结构，通过调节有源器件偏置电压或偏置电流，可改变FSS 的谐振特性[1]。
从等效电路角度看，有源器件可等效为电抗，而电抗加载可以改变FSS 的谐振特性[2] [3]，因此,通过对FSS 进行电抗加载的分析,可以为有源FSS 的分析提供依据 [4]。
本文使用CST 仿真分析软件，利用电抗加载的方法研究有源FSS 。
首先对文献中记载的算例进行了仿真分析，并与文献结果进行比对，证明了此种分析方法的可行性；然后分析了工作于X 频段的方环缝隙型、四腿环缝型、Y 形环缝型三种有源FSS 的谐振特性，给出了反射系数与所加载电抗的变化关系,为有源FSS 的分析提供依据。
2．仿真结果与文献的对比（圆环缝隙型有源FSS 的分析）图1 圆环缝隙型FSS 单元结构 图2 仿真结果与文献的对比 A.E.Martynyuk 等学者对圆环缝隙单元组成的FSS 进行了电抗加载的分析[5]，圆环缝隙型FSS 单元结构如图1,该单元被印刷在厚0.102mm 的介质板上，介质板的介电常数为r ε=2.4,圆环外径r 1=4.03mm,内径r 2=3.5mm,阵列周期D x =11.43mm,D y =10.13mm, 电抗加载- 2 -位置如图1中所示，使用平面波激励，输入电场为Y 方向。
文献[5]指出了谐振特性随所加载电抗的变化规律：当使用电容加载时，谐振频率减小，当使用电感加载时，谐振频率增加，而使用小电阻加载时表现出全反射的特性，并且所加电容值越大，谐振频率越低，所加电感值越小，谐振频率越高。
本文使用CST 仿真软件对这款FSS 进行了仿真分析，仿真结果与文献记载吻合，反射系数曲线如图2所示。
3．方环缝隙型有源FSS 的分析图3 方形缝隙型FSS 单元结构 图4 方形缝隙型FSS 的反射系数 方环缝隙型FSS 单元结构如图3,该单元被周期性印刷在厚0.1mm 的介质板上，介质板介电常数r ε=2.4, D x =D y =10mm ，l 1=7.28mm ，l 2=6.28mm, 电抗加载位置如图3中所示，使用平面波激励，入射电场为Y 方向。
无加载时，FSS 谐振于12GHz ，谐振波长约为缝隙的周长。
使用电容C=0.05、0.10、0.15pF 加载时谐振频率降低，电容值越大，谐振频率越低；使用电感L ＝5nH 、3nH 加载时，谐振频率增大，电感值越小，谐振频率越高；使用电阻R=2Ω加载时，FSS 呈现出全反射的特性。
反射系数曲线如图4所示。
4．四腿环缝型有源FSS 的分析图5 四腿环缝型FSS 单元结构 图6 四腿环缝型FSS 的反射系数 四腿环缝型FSS 单元结构如图5所示,该单元被周期性印刷在厚0.1mm 的介质板上，介质板r ε=2.4, D x =D y =10mm ，l 1=7.94mm ，l 2=6.94mm, l 3=2mm, l 4=1mm, 电抗加载位置如图5中所示，使用平面波激励，入射电场为Y 方向。
分别使用电容C=0.05、0.10、0.15pF,电阻R=2Ω，电感L ＝3nH 、5nH 加载，反射系数曲线如图6所示。
从图中可看出，无加载时，FSS谐振于11.56GHz 。
当使用电容加载时，谐振频率减小，当使用电感加载时，谐振频率增加，而使用小电阻加载时，FSS表现出全反射的特性，并且所加电容值越大，谐振频率越低，所加电感值越小，谐振频率越高,谐振频率与所加电抗的变化关系与方形缝隙型FSS相似。
5．Y形环缝型有源FSS的分析图7 Y形环缝型FSS单元结构图8 Y形环缝型FSS的反射系数Y形环缝型FSS单元结构如图7所示,该单元被印刷在厚0.1 mm的介质板上，介质板rε=2.4, D x=D y=10mm, l1=3.97mm，l2=3.47mm, l3=2mm, l4=1mm, 电抗加载位置如图1中所示，使用平面波激励，入射电场沿Y方向。
反射系数曲线如图8所示。
无加载时，FSS 谐振于12.072GHz ，谐振波长约为缝隙的周长。
分别使用电容C=0.05、0.10、0.15pF,电阻R=2Ω，电感L＝3nH、5nH加载，从图8中可看出电抗的加载改变了FSS的谐振特性，谐振特性的变化与方形缝隙型FSS相似，但在相同电抗加载时，谐振频率的变化幅度稍小。
由以上分析结果可以看到，使用电抗加载时，方环缝隙型、四腿环缝型、Y形环缝型FSS的谐振特性具有相同的变化趋势，这种谐振频率与所加载电抗的变化关系也适用于其它缝隙型FSS。
我们可以从等效电路的观点来解释这种变化,缝隙型FSS可等效为并联电路, 当使用电容加载时，相当于增加了电路的总电容,因而谐振频率减小;当使用电感加载时, 相当于减小了电路的总电感,因而谐振频率增加；当使用小电阻加载时，入射端口被短路，呈现出全反射的特性。
6．结论本文使用电磁仿真软件，分析了电抗加载的方环缝隙型、四腿环形缝隙型、Y形环缝型三种透波型FSS结构，分析结果表明：使用电抗加载可以有效地改变FSS的谐振特性。
本文研究结果可为设计相关结构的电可调的有源FSS提供理论依据。
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