新型频率选择表面加载双极化超宽带紧耦合阵列天线

为使紧耦合阵列天线在超宽频带内实现电磁性能更佳、辐射性能更稳定的目的,提出一种新型条形频率选择表面宽角阻抗匹配层加载的双极化超宽带紧耦合阵列天线。通过高频仿真软件CST周期边界条件对阵列单元截断并进行研究分析。掌握阵元阻抗和辐射等电磁性能后,优化设计并加工出一个6×6单元的阵列天线进行实际测量。测量结果表明,该天线在2~12 GHz的频带内驻波比均小于3,驻波比带宽为10 GHz。带内辐射特性稳定,主瓣电磁能量集中,交叉极化小。工作频带内,最大增益可以达到13 dBi。该阵列天线可应用于超宽带相控阵天线领域中。

利用电场与磁场耦合制备微型化频率选择表面

利用感性表面(金属栅格)与容性表面(间隔的金属环形贴片)之间的耦合机制制备了微型频率选择表面(MEF-SS)。依据传输线理论给出电感、电容近似公式,定性分析了MEFSS结构参数,采用全波分析矢量模匹配法计算了不同几何结构参数与耦合层电参数MEFSS的传输特性。通过镀膜与光刻法在500μm厚聚酰亚胺膜两侧以矩形排列方式制备了12个0.125λ集总电感单元与集总电容单元,利用自由空间法测试了240mm×240mm MEFSS样件的传输特性。结果显示,测试样件中心频点为14.636GHz,透过率为-0.382dB,-3dB,带宽为2.17GHz时,单元尺寸为0.125λ;当单元尺寸变小时,中心频点向高频漂移,其透过率下降;固定单元尺寸,中心频点随固定电感宽度、电容间隔和环形贴片宽度的增加而向高频漂移;耦合层厚度增加0.4mm,中心频点向低频漂移1.4GHz,且透过率降低2.6dB;相对介电常数由3.5变为2,中心频点向高漂移2.8GHz。结论显示,利用感性与容性表面耦合机制能制备单元尺寸为0.125λ的FSS,其具有微型化、宽通带和对入射波角度不敏感的特点。

基于电阻型频率选择表面的超宽带紧耦合阵列

针对接地板严重影响紧耦合天线阵列(Tightly Coupled Array,TCA)阻抗带宽的问题,设计了一种基于电阻型频率选择表面(Resistive Frequency Selective Surface,RFSS)的多层结构超宽带TCA,分析了电阻膜方阻及单元间耦合对阻抗带宽的影响,并对其扫描及未扫描时的性能进行了仿真分析.结果表明:通过在天线阵列与接地板之间加载开口谐振环结构的RFSS,可减小接地板反射,抑制天线短路点,显著增加其阻抗带宽,其辐射性能在整个带宽内均较稳定;由于RFSS加入了损耗,天线阵列增益有所降低.该多层结构TCA具有带宽宽、体积小、易共形等特点,在超宽带小型化相控阵天线中有良好应用前景.

基于电阻型频率选择表面的超宽带紧耦合相控阵天线

由于需要克服阵列单元之间的互耦效应和阵列栅瓣效应,传统的相控阵天线在尺寸上受到不同程度的限制,从而导致相控阵的带宽难以进一步拓宽。紧耦合相控阵天线基于单元间的耦合效应进行设计的,其通过合理利用阵列单元之间的耦合,能够有效减小天线单元的物理尺寸,进而拓宽了阵列带宽和阵列扫描角域;同时,将其与电阻型频率选择表面相结合,能够消除由反射板在对应频点因反相叠加而产生的驻波峰值,带宽能够得到进一步的展宽。从仿真结果中可以看出,文中所设计的天线单元在驻波比小于3时工作频段能够覆盖0.5~5GHz。

宽带复合耦合型频率选择表面

为满足具有稳定传输特性的低剖面、宽带频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)结构的需求,提出了一种基于复合耦合型结构的宽带FSS结构。基于相邻周期子单元间相位-振幅的相互调制作用,建立新型宽带FSS的物理模型。采用全波数值仿真方法分析新型宽带FSS的电磁传输特性,以及扫描角度对其电磁传输特性的影响。最后,采用印刷电路板技术制备500 mm×500 mm的实验样件,并利用自由空间法测试其传输特性。实验结果表明:该结构具有稳定传输的宽频带特性,其-3 dB带宽为8.85 GHz,阻带顶部平坦、边缘陡直性较好,具有较好的入射角度稳定性。相邻周期子单元间相位-振幅相互调制作用理论为展宽FSS工作带宽提供了新方法,基于该方法设计的新型宽带FSS结构具有潜在的工程应用价值。

电控开关型频率选择表面研究

提出了一种电控开关型频率选择表面,在频率选择表面(FSS)周期单元上加载PN二极管,当二极管施加偏置电压时,频率选择表面对电磁波不透过。零偏置电压时,频率选择表面对电磁波透过。对样件实测结果表明,80%以上的透过带宽达到5%,隔离大于15dB。该电控开关型频率选择表面具有耐高功率、重量轻、剖面低、可靠性高等特点,可用于电磁兼容和智能天线罩。

单元小型化频率选择表面研究

提出一种基于面—面耦合形成分布电容的单元小型化频率选择表面设计方法。采用在介质材料的正、反两面分别敷设金属导电层,通过上、下层导电片之间的面—面耦合形成较大的分布电容,进而明显降低频率选择表面周期单元尺寸。所设计的频率选择表面能够在未加载集总参数电容和电感的基础上使得频率选择表面的单元尺寸仅为λ/16。不同入射角条件下的传输特性试验结果表明,所提出的频率选择表面设计方法适用于电子设备隐身天线罩的研制。

频率选择表面在天线抗强电磁脉冲中的应用研究

根据天线抗强电磁脉冲毁伤的防护需求,分析了典型强电磁脉冲辐射特性,设计了一种安装于天线前端用于衰减强电磁脉冲的频率选择表面,提高了天线抑制工作频带外强电磁脉冲毁伤的能力,并通过仿真试验验证了频率选择表面对天线抗强电磁脉冲的可行性,为天线的强电磁脉冲防护技术研究提供参考。

新型立绒织物频率选择表面频响特征影响因素

为探究具有柔性特点的频率选择表面的频响特性,以导电纱线为结构单元材料,采用立绒纺织加工手段,制备U型立绒织物频率选择表面,并对样品进行透射系数测试与分析,研究频响特征的影响因素。单元结构尺寸、行距、绒毛高度、绒毛倾斜角度增加,样品的谐振频率均向低频移动;U型单元导电纱线绒毛密度增加,谐振频率向高频移动;单元底部总长度相同时,U型的个数几乎不影响织物的谐振频率,但随着相同U型单元的个数增加,谐振频率持续向低频移动;当镀银纤维作为结构单元材料时,其谐振处的峰值及带宽均较大,而结构更为规整的裸铜丝样品,其谐振峰则更加尖锐而陡峭。U型立绒织物对入射角具有稳定性,但受极化方式影响较大。

基于电路模拟吸收体的宽带吸波型频率选择表面设计

设计了一种加载集总电阻的单极化低频透射吸波型频率选择表面(absorptive frequency selective surface,AFSS).该结构由二维有耗频率选择表面(FSS)阻抗屏和三维带阻FSS级联组成.利用集总电阻加载的容性FSS和高选择性的三维宽阻带FSS实现了超宽带通响应以及低剖面、高选择性特性.仿真结果显示设计的吸波型频率选择表面通带为1—3.5 GHz,吸波频段为6.6—11.6 GHz,通带与吸波频段的过渡带比为1.9.最后制作实物进行了实验验证,测试结果与仿真基本一致,充分验证了设计的有效性和正确性.

一种旋绕型频率选择表面的传输特性分析

利用基于矩量法的电磁分析软件Ansoft Designer研究了一种新的旋绕型双方环频率选择表面(new convoluteddouble square loop frequency selective surface,简称NCDSL FSS)的传输性能.结果表明,该结构对入射电磁波的入射角、极化方式等不灵敏,比经典CDSL FSS受栅瓣影响小;通过调节其凹槽深度,两频带间隔可围绕单元尺寸、阵列周期均相同的传统同心双方环频率选择表面(double square loop frequency selective surface,简称DSL FSS)的频带间隔双向调节,这是CDSL FSS无法做到的;而且NCDSL FSS高频谐振点处的-0.5 dB相对反射带宽也总是比CDSL FSS和DSL FSS的大.因此该结构是一种简单且性能较优的频率选择器件.

狭缝型全介质共振单元频率选择超表面

为了使频率选择超表面获得新的共振模式,在全介质共振单元内部引入了狭缝,利用狭缝对电磁场的局域特性设计了基于该种共振单元的频率选择超表面。模拟其传输特性后发现,当狭缝的长边和入射电场方向相同时,可以在低频处出现一个阻带,电磁场主要分布在共振单元之间。当狭缝的长边和入射电场方向垂直时,可以在高频处出现一个阻带和一个通带,同时随着共振频率的增大,电磁场的局域特性更加明显,被更好地限制在狭缝内部。通过调整狭缝的宽度、数量和间距可以在比较大的频率范围内调整超表面的工作频段。同时,也可以通过旋转改变狭缝和入射电场的相对位置,实现该频率选择超表面的可重构。这些理论结果为以狭缝为基础设计更复杂结构的共振单元提供了重要的理论指导。

基于液晶材料的超宽带可调带阻型频率选择表面

本文采用圆环槽型结构设计了一款带阻型中心频率可调谐频率选择表面。以该单元结构为基础,采用了对称双屏级联的形式使用空气介质将单元进行前后级联,实现频率选择表面阻带带宽的宽带化设计。仿真结果表明,该频率选择表面-10dB带宽为5.1GHz,相对带宽为26.2%,相比于未采用级联形式的单元,其相对带宽有了显著的提高,同时其带内响应曲线也更加平稳。通过对液晶层施加偏置电压,调谐液晶材料的介电常数由2至3变化时,阻带的中心频率可获得1.3GHz的调谐量,实现了频率选择表面的可调谐特性。

磁场中强耦合表面极化子的性质

本文研究磁场中强耦合表面极化子的性质，采用线性组合算符法导出表面极化子的基态能量和振动频率．对ＡｇＣｌ和ＫＣｌ晶体进行了数值计算。结果表明，磁场中强耦合表面极化子的振动频率随磁场的增加而增大，基态能量随磁场的增加而减少．

双层频率选择表面电磁特性数值模拟研究

给出了一种分析有介质加载的不同栅格外形双层频率选择表面电磁特性的数值模拟方法。介质分离区内前向波和反向波分别关于相应的频率选择表面是周期的 ,确定了矢量传输及衰减模的表述形式。应用电磁场边界条件获得不同Floquet模系数的矩阵表达式 ,推导出一组耦合的积分方程 ,利用矩量法求解得到结构的电磁散射特性。模拟结果表明 ,由于层间介质内电磁场衰减模的耦合 ,双层FSS结构的电磁传输特性较单层有很大的改善。

能量—频率选择表面级联复合设计与仿真

针对空间场强电磁防护中带外滤波—带内限幅的需求,研究了能量—频率选择表面级联复合的防护方法,设计出一种典型的防护结构,通过时域有限差分对防护结构进行了稳态和瞬态分析,尤其是不同情况下频率选择表面与能量选择表面的相互耦合。计算结果表明:该防护结构对通带内正常信号的传输衰减小于1.55dB,强电磁脉冲传输衰减大于20dB,因而其既能阻止强电磁脉冲进入系统,又可有效抑制带外电磁干扰。

双层错位频率选择表面的电磁特性分析

针对双层频率选择表面(FSS)在曲面应用中容易出现单元错位问题,基于耦合积分方程建立错位FSS结构的理论分析模型,分析了双层错位FSS的电磁特性.采用谱域矩量法并结合周期性边界条件,将各层单元表面电流的计算范围限定在一个周期内;对于错位层FSS单元被周期边界截断的情况,考虑了周期边界上导体表面电流的连续性;选用RWG(Rao-Wilton-Glisson)基函数描述导体表面的感应电流,以实现对任意形状FSS单元的数值计算.以方环形贴片单元为例验证了算法的准确性,并考察了周期边界的电流连续性对FSS电磁特性的影响,分析了层间距、入射极化方向和错位量等参数对错位FSS结构散射特性的影响.

曲线三极子频率选择表面单元

设计了一种新型小型化宽带频率选择表面单元——曲线三极子单元,该单元外形轮廓为圆弧组成的曲线,相对于谐振波长尺寸小,可以三角形方式紧密排列,单元间距小,可调参数多,可设计性好,能够用于带阻型、带通型不同频段、不同带宽的频选表面。基于该单元给出了一个三屏频选的设计实例,实例表明,采用曲线三极子单元的频选表面带宽宽,角度稳定性好,透波率高,有效抑制栅瓣和二次谐振,改进了带外抑制性能。

基于十字单元的可调谐互补屏频率选择表面

为实现频率选择表面(FSS)工作频点的可调谐,将环型孔径FSS负载分离后形成感性表面与容性表面,利用两者之间的耦合机制设计了一种互补屏FSS。建立了互补屏FSS等效电路模型,定性分析了它的变频机理。采用耦合积分方程法计算了负载贴片旋转角,耦合电介质厚度和相对介电常数对互补屏传输特性的影响。利用镀膜与光刻方法在耦合电介质两侧制备容性表面与感性表面,并用自由空间法测试250mm×250mm样件的传输特性。计算与测试结果均表明:当十字贴片从0°旋转至10°,互补屏FSS的谐振频点会从18.2GHz向低频漂移至14.8GHz。当耦合电介质的物理厚度从0.1mm变化到1mm时,互补屏FSS的容性表面和感性表面之间的耦合效应逐渐消失。耦合电介质相对介电常数增加使互补屏间的耦合增强,其工作频点向低频漂移。实验显示:随着负载贴片旋转角的变化,互补屏FSS能够实现主动变频功能,为设计和制备主动FSS提供借鉴。

半无限晶体中强耦合表面磁极化子的回旋共振性质

本文研究半无限晶体中强耦合表面极化子在磁场中的性质,采用线性组合算符法导出强耦合表面磁极化子的有效哈密顿量和回旋共振频率,并讨论这些量和磁场的关系。