基于频率选择表面(FSS)技术的微小卫星隐身天线罩设计

天线是卫星的强散射源,降低天线的RCS是卫星隐身设计的重要研究课题之一,本文提出了一种基于频率选择表面技术的微小卫星天线罩设计方案,可有效降低卫星天线的RCS。首先针对隐身天线罩设计要求,设计天线罩壁,包括各层介质的介电常数、厚度等。然后设计附着在罩壁上的FSS屏。进一步制作天线罩实物,通过在微波暗室进行天线罩扫频测试,实际测量该天线罩的频率响应特性,并测试星上天线方向图。结果表明,本文提出的天线罩设计可满足微小卫星天线在给定频段的阻带特性,并保持在给定正常工作频段的通带特性,说明该微小卫星隐身天线罩设计是有效的。

对称双屏Butterworth型频率选择表面的设计

分析了对称双屏频率选择表面(FSS)结构如何实现Butterworth型FSS和获得"平顶"和"陡截止"的"矩形化"滤波特性。结合平面波展开法与互导纳法,给出了缝隙阵列导纳和缝隙阵列之间的互导纳。以Y孔形单元为例,数值计算并分析了FSS屏与中间电介质对Butterworth型FSS的影响;然后在500 mm×500 mm聚酰亚胺基底镀15μm铜膜,制作出Y孔型FSS并将其粘贴于介质两侧。用自由空间法测试其传输特性,测试结果与仿真结果基本一致。当中间电介质电厚度为2.15 mm,单元周期为7.2 mm×6.235 2 mm,臂长为3.6 mm,臂宽为0.8 mm时,双屏FSS的互导纳与单屏FSS导纳的实部相等,从而得到Butterworth型FSS。当FSS单元周期增加0.6 mm,3 dB带宽由3.5 GHz缩减为2.1GHz时,截止度增加。分析认为,对称双屏Butterworth型FSS的设计应遵循以下原则,即在满足谐振尺寸的前提下采用无加载孔径型单元且单元周期小于0.4λ,其缝隙长宽比应小于5.5,中间电介质电厚度约为0.1λ。

频率选择表面A夹层雷达罩的传输特性

基于互导纳法设计了A夹层频率选择表面(FSS)罩壁结构并制作了平面试件和圆锥形雷达罩试件,验证了复合结构的一体化加工工艺。在微波暗室中对平板试件和FSS锥形罩进行了测试将部分测试结果与计算结果进行了比较。结果表明,A夹层加载的双层FSS带内传输损耗较小,具有一定的平顶特性,且带宽的入射角和极化稳定性较好。60°斜入射时,双层FSS的TE和TM极化的-3 dB带宽之差比相应单层FSS减小1.3 GHz;蜂窝夹芯层厚度较大时(1/4λ左右),A夹层两侧的单层FSS之间耦合较小,因而双层FSS的谐振频率与单层相同。曲面FSS雷达罩的传输特性与天线极化状态和测试方位均有关系,在主极化平面内与平面试件的结果一致,表明局部近场测试时曲率的影响较小,设计时可采取局部平面近似。

具有低空气隙敏感度的雪花单元频率选择表面

针对在工程研制阶段隐身雷达罩与频率选择表面（FSS）间的空气隙引起的隐身雷达罩传输性能劣化问题,设计了一种具有低空气隙敏感度的新型雪花环状单元频率选择表面以降低空气隙的影响.采用模式匹配法进行了FSS理论仿真.为了进行对比分析,针对假定技术指标分别给出新型单元FSS和Y环单元FSS的最优化设计结构,采用光刻工艺制备出等效FSS平板样件,在微波暗室中采用自由空间法测试其传输性能以验证设计.仿真和测试结果一致表明：新型雪花单元FSS在很大的空气隙内（190～6500 μm）均满足技术指标,优于Y环FSS的最大空气隙范围（320～1900 μm）.最后,简要分析了雪花单元FSS设计的优点.分析结果显示,新型雪花单元FSS在满足隐身雷达罩常规技术指标的前提下,具有较低的空气隙敏感度,可在工程试验阶段用于FSS的研制.

Y孔分形频率选择表面的设计

提出了将分形理论应用于频率选择表面(FSS)设计,使单屏FSS具有多频谐振特性,以进一步满足现代通信设备对多频带及集成化的要求。首先,以结构对称、抗交叉极化特性好的Y孔单元为例,经过递归、迭代产生二阶Y孔分形单元,给出计算单元几何分布的公式。然后,结合Floquet周期条件,应用全波周期矩量法得到描述FSS表面电流分布的电场积分方程,定量分析了入射电磁波在不同极化方式下Y孔分形FSS单元的极子长度、孔径宽度等结构参数及排布方式对其频率响应特性的影响。最后,采用成熟的镀膜、光刻工艺制备Y环分形FSS样件并在半电波暗室进行FSS传输特性测试。结果表明,第一谐振波长的经验估算值约为0.79×(4倍极子长度),孔径宽度W由1mm增至1.5mm时,带宽展宽了650MHz,角度稳定性对单元排布方式较敏感。得到的测试结果与数值结果一致,表明单屏分形FSS具有多频谐振的特性,其透过率及-3dB带宽均可通过参数优化满足工程应用基本要求。

叠加Y环单元频率选择表面的设计

对Y环单元进行改造得到了叠加Y环单元图形,以延迟频率选择表面(FSS)的高次谐振,实现无干扰的单通带滤波器。运用谱域法分析得到的叠加Y环单元,并与Y环单元进行对比,分别讨论其角度稳定性、极化稳定性、-3dB带宽和高次谐振点。分析表明:当中心频点同为17.6GHz时,叠加Y环单元具有更窄的带宽,而高次谐波向后延迟6.5GHz,并保证了良好的极化稳定性和角度稳定性。叠加Y环单元臂长从2.78mm增大到3.18mm时,中心频率从17.6GHz下降到14.1GHz;臂宽从1.1mm增大到1.5mm时,中心频率从17.6GHz提高到20.6GHz,带宽变大;单元间距从7.2mm增加到8mm时,带宽从4.5GHz减小到3.5GHz,中心频点不变;缝隙宽度增大时,带宽变大,中心频点升高。在微波暗室中对叠加Y环单元FSS进行测试,结果与预期一致。结果表明,叠加Y环单元在保证角度稳定性与极化稳定性前提下,能够延迟高次谐振点,为工作频段内实现单通带滤波器提供了新的思路。

陶瓷基多层复合频率选择表面材料的研究

以多孔氮化物陶瓷材料为频率选择表面（FSS）多层复合透波材料的介质支撑体,以耐高温的导电金属铂采用丝网印刷工艺制备FSS,通过多层FSS的复合制备了宽频透波材料,对其微观结构和透波性能进行了测试分析.结果表明：多层FSS层间结构重叠性好,周期一致;FSS材料组成稳定,形成具有良好导电性能的致密结构层;多层陶瓷/金属FSS在9.5～18 GHz具有95％以上的透过率.

频率选择表面简介

介绍了频率选择表面(frequency selective surfaces,简称FSS)在各个领域的应用及研究现状,阐述了FSS加工方法及其最新进展,最后指出了在FSS研究方面几个值得进一步探索的问题.

频率选择表面在天线及微波技术中的应用

随着电磁波传播控制技术的快速发展,频率选择表面(FSS)凭借其独特的空间滤波特性正成为关注和研究的热点。目前,FSS已经在电磁领域获得了广泛应用。文中首先阐述了FSS的发展现状,然后论述了FSS在天线及微波技术领域中的应用,最后对FSS的发展前景进行了展望。

传输法对不同方法制备频率选择表面的测试应用

随着频率选择表面(FSS)的广泛应用,精确的制备和测量技术验证理论分析日趋重要。本文采用丝网印刷法和激光加工法实现了计算中采用的频率选择表面周期单元的制备。基于Agilent E8257D信号发生器、Agilent E7405A频谱分析仪,采用传输法对制备的不同尺寸频率选择表面进行测试,得到了各种频率选择表面的频响特性。通过比较测试和仿真结果,验证了频率选择表面结构参数对频响特性的影响规律的正确性。同时,比较测试和仿真结果,得出激光加工法获得的频率选择表面精度更高的结论。

频率选择表面大范围角度入射时稳定中心频率的方法

在频率选择表面(FSS)的应用中,往往涉及到大范围角度入射的情况,此时中心频率变得不稳定,会随着入射角度的变化而发生漂移。本文针对此问题,在TE波大范围角度入射FSS时,提出了一种实现中心频率稳定性的方法。计算结果表明,随着入射角度的变化合理调整电介质的介电常数可以使FSS获得稳定的中心频率。此方法可以应用在曲面FSS上以减小中心频率对角度的敏感性,以球壳上应用的FSS为例,给出了应用模型。

圆型厚屏频率选择表面的特性研究(英文)

相对于薄屏频率选择表面而言,厚屏频率选择表面可以通过高精度机械加工手段直接利用金属屏获得,加工方法简单。同时,厚屏频率选择表面具有更高的Q值和较少的介质匹配问题。在设计了一种圆形厚屏频率选择表面的基础上,通过时域有限差分法进行了数值仿真,研究了单元尺寸、单元周期和屏厚度等参数对其传输特性的影响,并通过机械加工方法进行了样件的微波暗室测试对比。结果表明:随着单元周期和屏厚度的增加,工作带宽和中心频点降低;随着单元尺寸的增加,工作带宽增加,但中心频点降低。仿真结果与测试结果规律相一致。

频率选择表面天线副反射面研制

频率选择面(FSS)是近年来发展较快的新型结构功能件,芳纶纤维复合材料是一种比重小、强度、刚度高、介电常数小的高性能材料。文中详细论述了采用芳纶纤维复合材料研制频率选择表面天线副反射面的全过程,产品电性能良好,可实现双频段使用,具有较大经济效益。

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。

UV-LIGA技术制备频率选择表面的研究

针对未来空间毫米波亚毫米波准光技术的应用,对其核心器件频率选择面(FSS)的加工技术进行了研究。通过CST MWS软件对118 GHz频率选择表面进行了仿真,研究了线宽、周期长度、结构片厚度以及垫片厚度对频率选择表面的频率响应特性的影响。采用UV-LIGA技术对118 GHz频率选择表面进行了加工制造,并对其样品进行测试。SEM结果显示,样品的侧壁陡直性良好,结构尺寸精度高,其最大误差为±2μm。样品的频率响应特性测试结果表明,在118 GHz和89 GHz处的插入损耗分别为-0.24 dB和-13.7 dB,两者皆符合预定指标。这表明UV-LIGA技术在加工频率选择表面具有优越性。

陶瓷基频率选择表面透波材料工艺研究进展

频率选择表面(FSS)透波材料是透波材料长期以来所追求的结构-功能一体化的集中体现和成功实践,随着天线以及通讯系统对全向透波、宽频透波、频选透波、隐身等性能要求的提高,该技术已成为透波材料研究的新热点,在军工、民品领域均有广泛的应用前景。陶瓷基FSS透波材料技术针对耐高温高性能天线罩的研制需求而提出,对透波材料技术的可持续发展具有重大意义。文中分析了当前陶瓷基FSS透波材料工艺研究的需求,介绍了国内陶瓷基FSS透波材料工艺研究的现状,并对其应用前景进行了展望。

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.

一种新型小尺寸宽带的频率选择表面设计

本文设计了一种新型基于混合边界谐振腔(HBCC)的小尺寸、大带宽的频率选择表面(FSS),该频率选择表面的周期单元由4个公共金属通孔和4条公共缝隙组成。通过合理分布金属通孔和缝隙的位置,能实现频率选择表面单元之间的隔离,并且可以形成具有混合边界的方形谐振腔。与传统的基片集成频率选择表面相比,在中心频率相同的情况下,本文提出的混合边界频率选择表面具有设计简单、尺寸小的特点,同时保持了低通带插损、高选择性等优点。分析表明,通过简单地调节公共缝隙的大小可以显著增加所提频率选择表面的带宽。

一种多频段可调复合单元频率选择表面的设计

以十字环和正方环为基本单元结构,设计了一种多频段复合单元频率选择表面(FSS),利用基于矩量法的电磁分析软件Ansoft Designer对其性能进行了电磁仿真分析,仿真结果表明该结构有两个对入射角和极化方式都很稳定的频带,而且通过对该基本单元变形,分别调节正方环和十字环的凹槽深度及宽度,其工作频带间隔大小可以根据需要双向调节,这在通信系统中将有广泛的应用前景。

阻抗型频率选择表面电磁吸波结构的设计及测量

以传统Salisbury屏电磁吸波结构为基础,引入阻抗型频率选择表面(Frequency Selective Surfaces)对其进行了改进设计,采用等效电路模型法和电磁全波仿真对吸波结构的吸波性能进行计算和优化,改善吸波结构的吸收性能。用电子束蒸发镀膜法制备了基于铁/二氧化硅多层薄膜的频率选择表面结构,并以此为基础构建了新的吸波结构,平板反射率测量结果与仿真相吻合,显示引入频率选择表面能够有效减小吸波结构厚度,并能够拓展工作频带、提升吸波性能。