曲面FSS的设计与仿真研究+文献综述(2)
1.2 频率选择表面的历史和现状
1.3 本论文主要研究内容
正如前面所说，本论文的一个主要难点是曲面FSS仿真，一方面参考文献匮乏，另一方面CST仿真软件指导手册上也没有给出有效可靠的方法，因此本文提出了基于平面波入射加探针采样选场波函数来仿真有限大曲面FSS，为了验证该方法的有效性，本文首先对平面结构比较了有限大FSS和无限大FSS的结果，发现在仿真单元足够多的情况下，两者结果非常接近，证明了该方法是可行的。在此基础上，论文开展了曲面FSS的仿真。
本论文的具体内容如下:
采用周期边界条件，开展了无限大平面FSS的仿真设计研究，设计了谐振频率和带宽满足技术参数的十字和方形环FSS;
基于平面波入射加探针采样选场波函数仿真有限大平面FSS，和无限大FSS的性能作比较
基于平面波入射加探针采样选场波函数仿真有限大曲面FSS，给出曲面FSS的设计流程，并将设计结果和平面FSS的性能进行了比较。
2 无限大FSS的仿真
2.1 频率选择表面的基本理论
根据平率选择表面传输特性的不同，频率选择表面的单元（unit cell）可以分为两大类:金属贴片单元和金属屏上的孔径单元（开槽型单元）。金属贴片单元组成的无限大平面阵列在谐振时呈现带阻滤波的传输特性,而金属屏上的孔径单元组成的无限大平面阵列在谐振的时候则呈现出带通滤波的传输特性。贴片型的FSS，金属单元类似于LC频选电路中的电感L，而金属单元之间的间隔类似于LC频选电路的电容C，增加金属贴片的长度或减少其宽度类似于增加LC频选电路中电感L的值，减少金属单元的间距或者改变介质层使得介电常数 增加，则类似于改变频选电路中电容C的值，如图2.1.1所示。开槽型FSS原理和贴片型类似，其等效电路类似于一个带阻滤波器，两者结构互补，若将他们相结合，则可以获得一个完整的理想导电平面。
图2.1.1 贴片型FSS的等效电路
图2.1.2是两类单元组成的频率选择表面及其传输特性的示意图。这两类FSS的结构都能够实现对入射电磁波的频率选择和极化选择的作用。以贴片型FSS单元为例，当频率选择表面的单元在入射电磁波的某个频点上发生谐振时，谐振频率附近的电磁波将会被频率选择表面全部反射或者全部透射，然而不在这频点的电磁波则能够全部透射。同理可得，对于开槽型的FSS单元，谐振频率附近的电磁波则能够全部透射，而其余频率的电磁波则会被频率选择表面所反射。
图2.1.2 两类FSS单元及其传输特性
因为两类单元不同的结构特征和滤波传输特性，其应用的领域也大为不同。贴片型频率选择表面多应用在多频段天线的馈源系统和轻型抛物面天线系统上，而孔径型频率选择表面则大多应用于天线罩工程。当入射电磁波的特性确定以后，FSS的主要技术性能指标如下:
(l) :FSS一工作频段的中心频率。
(2)BW:使得反射系数和传输系数等参数满足要求的频带宽度。对于孔径型单元，一
般选取传输系数大于-3dB的频率范围作为其频带宽度。
(3) :反射(透射)中心频率上的损耗。
(4)CP:交叉极化电平。
一个性能良好的FSS应当是: 的大小比较准确，较为合适的工作带宽， 比较小，而且上面所述的技术性能指标应对入射电磁波的极化方式和入射角不敏感。
单元结构的类型对频率选择表面的频率响应特性有着明显的影响。能够影响FSS的频率响应特性的参数同时还有单元形状、尺寸、单元组阵方式、介质层加载、入射波的极化方式、入射角度等等。采用多FSS屏级联结构也能够一定程度上改变FSS频率响应特性。
上一篇：微波频率合成器的设计+文献综述