基于电磁超材料的频率选择表面研究

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1、中图分类号：TN011论文编号：102870416-S025学科分类号：080904硕士学位论文基于电磁超材料的频率选择表面研究研究生姓名李黄炎学科、专业电磁场与微波技术研究方向频率选择表面指导教师曹群生教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringResearchonFrequencySelectiv

2、eSurfacesBasedonElectromagneticMetamaterialAThesisinElectronicsScienceandTechnologybyLiHuangyanAdvisedbyProf.CaoQunshengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢

3、的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文在对频率选择表面（FrequencySelectiveSurface，FSS）小型化技术和多频段技术深入研究的基础上，从无源和有源两个方面对FSS进行研究。无源FSS方面，设计并

4、实验验证了两款组合型结构的小型化三频段无源FSS结构。有源频率选择表面（ActiveFrequencySelectiveSurface，AFSS）方面，通过加载集总电阻元件，仿真设计了一款具有宽带吸波特性的小型化频率选择表面天线罩（FrequencySelectiveRadome，FSR），实现带内正常传输信号、带外吸收干扰信号的功能，并有效减小目标的雷达散射截面（RadarCrossSection，RCS）；通过加载PIN二极管，设计并实验验证了一款无馈线AFSS结构，在2.45GHz附近实现FSS的电磁开关特性。本文的

5、主要工作及创新点如下：（1）多频小型化FSS结构的研究。设计并实验验证了两款组合型结构的小型化三频段FSS结构，通过对不同谐振频点FSS单元的有效组合来实现多频段特性。采用互补曲折线结构来实现小型化，推迟栅瓣的出现，提高了结构的角度稳定性和极化稳定性。利用等效电路法（EquivalentCircuitMethod，ECM）验证了组合结构FSS仿真结果的正确性。（2）宽带-吸波-小型化FSR结构的研究。研究单方环缝隙（SingleSquareAperture，SSA）结构，仿真分析并总结了加载电容、电感和电阻等基本电路元件对

6、FSS谐振频点、-3dB带宽和插入损耗等指标的影响规律。设计了一款具有宽带吸波特性的小型化FSR，能够在保证带内信号正常传输的同时吸收带外干扰信号，有效减小目标的双站RCS。（3）有源可重构FSS结构的研究。采用ECM理论分析和软件仿真研究了加载PIN二极管和加载变容二极管后FSS的可重构特性。仿真得到了PIN二极管在不同等效阻值情况下的AFSS表面电场分布图，直观分析了加载PIN二极管后FSS在开/关状态间的渐变过程。此外，还分析了馈线网络对AFSS传输特性的影响。（4）无馈线AFSS结构的研究。设计并实验验证了一款无馈

7、线的AFSS结构，通过控制外加直流偏置能够在开/关状态下分别实现正常传输WLAN（2.45GHz）信号和有效屏蔽此信号的两种功能。提出了一种新型拓扑结构，将FSS单元作为馈线网络的一部分，相邻FSS单元间用电感连接，做到无偏置线，有效地减小了馈线网络给AFSS电磁特性带来的负面影响。同时，为实现电子设备的通风和散热要求，仿真分析了圆形孔径对AFSS传输特性的影响。关键词：有源频率选择表面，小型化，多频段，等效电路法，馈线网络i基于电磁超材料的频率选择表面研究ABSTRACTBasedontheFSStechnologies

8、inminiaturizationandmultiband,bothpassiveandactiveFSSsarestudiedinthispaper.ForthepassiveFSS,twominiaturizedtri-bandcombined-elementFSSsaredesignedandve