基于人工电磁材料的全介质频率选择表面的研究

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3、，苗，．ｉ，立ResearchofAll-dielectricFrequencySelectiveSurfacesBasedonMetamaterialTheoryThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByGaoChaoSupervisor:AssociateProf.WangZhengbinMay2016摘要频率选择表面(FrequencySelectiveSurface，FSS)是

4、一种二维平面周期结构，通常由金属贴片或者孔径单元构成，对不同工作频段、极化方式和入射角度的电磁波具有频率选择作用，常被用作空间滤波器，在军事隐身、电磁兼容、电子对抗、微波通信等领域也有广泛应用。国内外学者对利用金属单元设计的频率选择表面进行了大量的研究，其主要问题是工作带宽较窄，设计结构较复杂。尤其是在高功率电磁波照射下，频率选择表面金属部分易产生电弧，表面波损耗会增加，频率选择特性变差。针对这些情况，本文主要做了以下研究工作：首先，研究了频率选择表面的基本概念、分析方法及其在电磁和通信领域的主要应用；介绍了人工电磁材料的基本理论及其特殊电磁性质，并研究了利用等效

5、媒质理论研究周期结构，以及如何提取人工电磁材料的本构参数。其次，利用全波仿真软件研究了影响频率选择表面传输特性的因素。主要研究了单元形状、单元尺寸、单元间距、介质加载、多屏级联、排列方式以及入射波极化方式和入射角度等对其性能的影响。并利用高介低损微波陶瓷设计了一种带阻型全介质FSS。最后，设计了一种具有“开关”功能的纯介质频率选择表面，该FSS结构可以实现通带和阻带之间的切换。利用等效媒质理论分析了其工作原理，使用全波仿真软件研究了介质柱内部电场磁场分布。在微波暗室内对FSS样品进行实验测量，测量结果和仿真结果基本吻合。关键词:频率选择表面,人工电磁材料，全介质I

6、AbstractAFrequencySelectiveSurface(FSS)isaperiodicallystructurearrangedintwo-dimensioninfinitearray,whichisbasicallycomposedofpatchorapertureelements.FSSshaveuniquefilteringcharacteristictoincidentelectromagneticwaveswithdifferentincidenceanglesandpolarizations.Workingasspatialfilter,

7、FSSshavebeenextensivelyusedinelectromagneticandcommunicationdomain.Domesticandforeignscholarshavedonealotofresearchonthetraditionalfrequencyselectivesurfaces.Traditionalfrequencyselectivesurfacesusuallyhaveanarrowoperatingbandandoftenwithcomplexstructures.Metallicgrids,however,areprob

8、lemat