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频率选择表面(FSS)是一种电磁空间滤波器,它可以有选择地实现电磁波的传输或反射。FSS广泛应用于电磁隐身、电磁兼容、军事通信、电子对抗等领域,在先进电子系统中起着重要作用。在微波频段,可利用FSS的频率选择特性制作隐身雷达罩,在雷达工作频段之外显著降低飞行器头向RCS,大大提高隐身性能,增强飞行器的生存能力;FSS还是构成电磁吸波材料的重要成分,优良的吸波材料可以实现军用飞行器、舰艇等武器装备的良好隐身,改善武器平台电磁环境,改善电子系统电磁兼容性。开展对FSS的研究对加强国防建设、提高军队战斗力有着非常重要的意义。
本文以X波段的应用需求为背景,以缝隙型FSS为主要对象,以有源FSS为重点,使用CST和HFSS电磁仿真软件进行有源FSS的分析,在有源FSS的谐振特性、谐振特性与电抗加载的关系、电路模拟吸波材料等方面进行了以下研究:
1.在频率选择表面的谐振特性的研究方面,对常见FSS谐振单元的谐振特性进行了研究、比较;对影响谐振特性的因素,如单元的几何结构、介质加载方式、FSS层数等进行了归纳、总结;对斜入射时FSS的谐振频率、传输带宽的变化进行了研究,提出了稳定谐振特性的方法。
2.在有源FSS的研究方面,将有源器件等效为电抗,采用电抗加载的方法对有源FSS的谐振特性进行了研究。分析了单层缝隙型、单层贴片型、双层缝隙型FSS的谐振特性与所加电抗的关系,对这些规律进行了总结,可为电可调FSS的分析与设计提供理论指导。
3.对FSS在吸波材料中的应用进行了研究。论述了电路模拟吸波材料的吸波原理,设计了一种可调电路模拟吸波材料,当使用电抗对其加载时,其吸波频率在X频带内可调。
4.就FSS的测试方法进行了研究,分波导内测试和开放空间测试两种方式,提出了切实可行的实验方案。