一种具有高稳定度的新型小型化频率选择表面

提出了一种小型化的带阻型频率选择表面（FSS）新单元。这种新单元通过将方环内的部分分为四个对称区域,并在每个区域内增加三角螺旋结构来增加单元的谐振长度,从而实现了FSS单元的小型化。仿真和实测的结果表明,这种FSS的单元长度相比波长节省了近90%,同时对于以不同角度和极化方式入射的波具有极好的稳定性,适合在实际有限空间内的应用。     

一种新型双阻带频率选择表面的设计

提出一种新型双阻带FSS结构。新结构采用圆环贴片与叠加Y环贴片作为基本单元,利用2种贴片单元之间的耦合实现双阻带特性,应用谱域法对新型FSS单元进行分析设计,仿真验证不同角度不同极化方式的电磁波入射时新结构的传输特性,结果表明:该型FSS结构分别在13.4~16.3GHz(Ku波段)和19.3~28.4GHz(K波段)内形成2个-5dB的传输禁带,并且具有较好的角度和极化稳定性。     

圆孔与三极子组合单元频率选择表面研究

应用谱域法分析了圆孔与三极子组合单元频率选择表面(FSS)的频率响应特性。分析了组合单元的结构参数、电磁波极化和入射角度对其稳定性的影响。研究结果表明,该组合单元的频率响应特性曲线具有明显的两个阻带和一个通带,且具有良好的极化稳定性和角度稳定性。在结构参数中,圆孔大小对频率响应特性曲线的位置影响较大,极子长度对传输带宽影响较大,而极子宽度影响较小。通过单元结构参数调整,可获得良好的宽带传输和陡峭下降边缘特性,实现相临波段信号分离和多波段通讯。该结构FSS可应用于卫星通讯、雷达罩及其他相关领域。     

宽带频率选择表面带阻滤波器的优化设计

现代通信需要宽带频率选择表面(Frequency Selective Surfaces,FSS)滤波器的应用.利用六边形阵列良好的宽带特性,设计了一款带宽达到7 GHz以上的多层FSS滤波器结构,设计采用优化算法差分进化(differential Evolution,DE)算法,谱域矩量法用来分析FSS结构的频率响应,仿真结果显示该结构具有良好的角度和极化稳定性,为高带宽的通信需求提供了数据参考.     

基于方同轴的三维频率选择表面的研究

基于双模耦合理论,在原有方同轴频率选择表面(FSS)的基础上,通过引入金属化过孔和耦合缝隙,形成了两种类型的双模谐振器.双模谐振器通过奇偶模耦合效应,产生了两个独立的传输极点,实现了平坦的带通性能.此外,电磁波在传输路径内的反射和路径之间的相位反向产生了多个传输零点,可以用来提高频率选择性.在此基础上,本文设计了宽带外抑制和双频两种带通FSS,并进行了加工测试与分析,其测试结果与高频结构仿真软件(high frequency structure simulator,HFSS)的仿真结果吻合良好,且所提出的两种FSS在不同的极化方式和入射角度下具有稳定的频率响应和较好的频率选择特性.     

一种宽带带通三维频率选择表面设计及分析

基于方形波导结构提出了一种宽带带通三维频率选择表面(3D FSS).所提出的FSS的单元结构由上下端面刻蚀两个相同正方形金属贴片的介质方块和空气方形波导组成,此时每个端面形成了方形槽谐振单元.在电磁耦合作用下,方形槽谐振单元原有单一的谐振模式耦合分裂为奇模和偶模两种谐振模式,由此产生了两个传输极点,从而形成了一个平坦的二阶通带,且通带3 dB相对带宽为25.12%.通过等效电路模型,阐明了该FSS的工作原理.仿真结果显示:在TE和TM两种极化方式下,以0°到45°角度入射时所提出的FSS具有稳定的频率响应.此外,该3D FSS还具有相对较小的单元结构.     

基于FSS的紧凑型微基站天线

设计了一款1×2双极化微基站天线来解决传统宏基站在信道补盲和信道容量提升上遇到的瓶颈。该双极化微基站天线单元通过采用叠层技术和角馈技术,并结合加载短路金属铜柱的方法来提高单元端口间的隔离度;此外,通过在天线单元间加载由频率选择性表面(frequency selective surface, FSS)构成的隔离墙结构以减小双极化天线单元间的耦合。仿真测试结果表明,该1×2双极化微基站天线各单元在工作频段2.5~2.7 GHz内驻波比小于1.5,端口间隔离度大于30 dB,且具有稳定的方向性。在微基站有限的空间内所设计的双极化微基站天线,具有结构紧凑和隔离度高的特性,且天线单元间相互独立工作。     

双阻带小型化频率选择表面的设计

设计了一种通过加载电容和增加电长度的方法实现小型化的双阻带频率选择表面。这种频率选择表面单元具有双周期结构,从而实现了双阻带特性。在十字单元结构之间加载集中电容,可以大大降低单元结构的串联谐振频率,实现S及C波段的带阻特性;金属短线的扭曲结构则通过增加电长度提高等效电感,得到Ku波段的带阻特性。仿真结果表明：对不同角度入射波该结构保持了十分稳定的传输特性,同时由于良好的对称性,该结构对平面波的2种模式——TE及TM模式传输特性基本相同，验证了通过加载电容和增加电长度实现小型化的方法,对FSS的设计具有很好的参考价值。     

小型化高稳定性频选设计与等效电路分析

提出一种基于等效电路模型(Equivalent circuit model,ECM)的频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)设计方法,分别设计了单频和双频频率选择表面。根据金属贴片与电感,缝隙与电容的对应关系,分别设计了工作在100GHz的带通型方环形FSS,工作在100GHz和150GHz的双频带通型"箭头+Y"形FSS。针对不同的入射角度和极化方式,分析了双频"箭头+Y"形频选的滤波性能。该双频FSS在入射角度为0°～45°时能保持良好的角度稳定性,在TE、TM模式呈现极化不敏感性。将两款频选的全波分析结果与等效电路结果相比较,两者吻合良好,进一步验证了等效电路方法的正确性和有效性。     

基于超表面的反射阵天线设计

提出了一种基于超表面的Ku波段高增益反射阵天线.设计了一种"灯笼折线型"结构结合开口方环结构的超表面单元形式,单元大小为0.3λ₀.通过仿真软件进行优化分析,该单元可以实现520°的相移范围且具有良好的相移特性,应用该单元进行了Ku波段高增益反射阵天线的设计,设计了阵面口径大小为160.8 mm×160.8 mm （7.2λ₀×7.2λ₀）的反射阵天线,采用角锥喇叭进行馈电,该反射阵天线获得了较高的增益以及口径效率.同时在卫星通信的上行链路频段14.0~14.5 GHz以及下行链路频段12.25~12.75 GHz范围内具有较好的性能.对该反射阵列进行了加工测试,测试结果与仿真结果较为吻合,从而验证了该反射阵天线设计的有效性.      

二维声学超材料透镜的设计与实验

基于等效媒质理论提出了一种由新型声学超材料设计的渐变折射率透镜.根据电磁学与声学基本参数存在的类比关系,参照电磁人工材料设计中提取单元结构的等效电导率和等效磁导率的方法,分别提取单元结构的等效弹性模量和等效质量密度,并进一步求得其等效相对阻抗和等效折射率,对设计的透镜进行有限元数值仿真在宽频范围内得到了与实验一致的偏折角度.该透镜由光敏树脂3D打印制成,与传统透镜相比,它具有尺寸小、设计简单、精度高,重量轻等特点.仿真结果和测试结果吻合较好,进一步验证了声电类比设计方法的可行性,为设计宽频带新型声学参数人工材料提供了一种新途径.     

小型化双频带阻频率选择表面的设计

提出了一种具有双频特性的小型化带阻频率选择表面(Bandstop Frequency Selective Surface,BS-FSS)结构,通过调节所提出单元的结构参数可以实现对BS-FSS谐振频率的独立控制,在此基础上,设计了一款工作在3.84GHZ和6.67GHz的BS-FSS。仿真结果表明:所设计的BS-FSS的相对带宽分别为57.8%和12.9%,并且在工作频段内,对TE波和TM波均具有较好的极化、角度稳定度。此外,在相同介质条件下,设计的BS-FSS单元物理尺寸为7 mm×7mm,相比于传统的FSS单元,整体尺寸减小了56.9%,小型化优势显著。     

高选择性三通带三维频率选择表面的研究

提出一种双极化、高选择性的三通带三维频率选择表面(3D FSS).该3D FSS单元结构由四层方形介质筒组成,提供一个平行板波导(PPW)路径和三个方同轴波导(SCW)路径.由于每个SCW路径中两个相同短SCW谐振单元的电磁耦合,由SCW路径端面方形槽提供的原有单一谐振模式分裂为奇模和偶模谐振模式,产生了两个传输极点,由此形成了一个二阶通带,因此三个SCW路径能实现三个二阶通带.此外,由于不同路径之间的电磁波相位反相叠加产生了多个传输零点,提高了该FSS的频率选择性.为了解释该3D FSS的工作原理,研究了传输零极点处的电场矢量分布.仿真结果显示,所提出的3D FSS在横向电场(TE)和横向磁场(TM)极化模式下以0°到60°角度入射时具有稳定的频率响应,同时该3D FSS具有小通带比和较小的单元尺寸.     

一种可调复合单元频率选择表面的设计

提出一种由正方形环加十字环的复合单元频率选择表面的设计,该结构在通信和雷达系统中具有潜在的应用前景.仿真结果显示该结构的传输特性曲线具有较好的入射角度稳定性.研究表明,通过调节复合单元的周期、外环和内环的尺寸可以获得需要的通带和阻带.     

双极化圆柱介质谐振器天线设计与实验研究

全极化数字相控阵天线具有波束扫描灵活、抗干扰能力强的优点,已成为以飞行器为载体的雷达天线领域的发展趋势之一。考虑到安装平台的限制,天线单元是相控阵天线的关键部件,研制适合工程应用的双极化天线单元具有重要意义。提出以双极化介质谐振器天线为全极化数字相控阵天线单元的设计方案;该方案具有辐射效率高、结构简单、易于馈电、体积小、极化端口隔离特性好等性能。设计了一种带有金属反射板的双极化圆柱形介质谐振器天线单元,采用全波电磁仿真软件对天线单元进行设计和优化,开展了天线单元的加工和性能测试工作。在4.95~5.05 GHz的带宽内,驻波比均小于2;天线的极化端口隔离度约为-20 d B;测试的天线波束宽度约大于80°,增益约大于6 d B,交叉极化电平约为-20 d B。天线的性能达到预期的指标要求,适合于实际工程应用。     

基于超材料技术的吸波型频选结构设计

提出了一种复合型吸波频率选择表面（absorptive frequency selective surface, AFSS）结构,由超材料吸波体（metamaterial absorber, MA）和频率选择表面（frequency selective surface, FSS）组成.复合型MA由加载电阻的平面型方环结构和立体型双面开口C型环结构组成,吸波频段为4.79～30.57 GHz,具有极化不敏感特性,在斜入射45°内保持稳定吸波. FSS采用了圆环缝隙旋绕结构,通过6次旋绕枝节实现了1.96～2.16 GHz频段内小于1 dB的插入损耗,形成低频通带.二者组合形成的复合型AFSS,能在1.28～1.38 GHz频段内良好透波,4.88～30.58 GHz频段内宽带吸波,实现了吸透波一体的性能.     

一种具有良好带通性能的二阶频率选择表面设计与验证

高阶频率选择表面(FSS)具有工作带宽易控制、通带内插损小、带外抑制强、通带边缘上升性和陡降性好等特点。提出并设计了一种具有良好带通性能的二阶FSS。该FSS结构是由2层介质板上加载3层具有圆结构的金属层,最外2层为圆金属贴片,中间一层为开圆缝隙金属层。利用直线法对FSS结构进行分析计算,并加工实验样件对结果予以证实。结果表明:该3层FSS具有二阶单通带的特性,3 dB带宽为4.21 GHz,相对带宽为21％,通带平稳光滑,带内插损小,对不同入射角度、不同极化方式的电磁波保持很好的稳定性。     

反射式极化变焦人工电磁表面的设计

设计一种各向异性人工电磁表面,其反射聚焦可根据入射电磁波极化状态加以调节.依据广义菲涅耳定律,选择拥有两个自由度的金属+介质+金属的耶路撒冷十字结构,实现对垂直入射的线性极化平面电磁波全反射,并对不同极化电磁波的反射相位可以独立调控.根据经典光学成像理论,获得不同焦距不同极化态的反射电磁波相位分布,进而确定每个亚波长单元的尺寸,构造极化变焦人工电磁表面.CST微波波段仿真结果同理论分析相吻合,同时该设计方法还可推广到太赫兹波段,甚至光波波段.     

一种超宽带反射型极化转换超表面设计

提出了一种超宽带、反射型极化转换超表面,该极化转换超表面由"H"形周期金属贴片结构,介质板和金属底板组成。通过改变单元结构尺寸,可以使反射波2种交叉线极化分量的幅度相同,相位差接近±π/2。仿真与实测结果表明,该极化变换超表面在6.40~15.40GHz,17.49~18.14GHz频带内能将线极化入射波转换为轴比小于3dB的圆极化反射波;在15.81~17.26GHz频带内能将线极化入射波转换为极化转化率大于80%的交叉线极化反射波。该结构具有单元尺寸小,工作频带宽,能量损耗低的特点,可以在有限的平面内加载更多的单元结构。该极化变换超表面在电磁波调控、新型天线设计等方面具有一定的应用价值。     

基于SS-CML的双频Wilkinson功分器研究

为了设计出结构紧凑且制作加工灵活方便的双频功分器结构,该文提出了一种基于短路短截线加载耦合微带线(Shorted stub loaded coupled microstrip lines,SS-CML)单元的新型双频Wilkinson功分器。在运用奇偶模分析法对SS-CML单元的等效相位及等效特性阻抗分析的基础上,推导出采用该单元设计双频Wilkinson功分器的解析公式,讨论了该功分器工作频率比的适用范围。最后设计加工并测试了一个工作于1.43 GHz和2.57 GHz的双频Wilkinson功分器,测试与仿真结果吻合良好。该功分器可适用于工作频率比较小的情况。