摘要
随着无线通信系统的迅猛发展，有限频谱资源的复用程度日益提高。在多频段通信系统协同工作的复杂电磁环境中，如何高效精准地分离不同频率的电磁波是亟待研究的关键问题。加载具有空间滤波特性的频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）是实现不同频段信号分离的有效手段，针对传统带通型FSS选择性不足的问题，本文提出了高选择性FSS的滤波模型，通过对多屏FSS、吸透一体FSS、基于表面波传输的三维FSS的研究，在保证低插入损耗的同时加速边带滚降并提高带外抑制，设计多款高选择性 FSS，旨在解决实际应用中带通型FSS频率分辨率不足的问题。本文主要工作及创新点如下：（1）基于对传输响应特征的研究，提出高选择性 FSS 的滤波模型，总结了用于评估FSS 频率选择性能的具体表征参数。基于等效电路法研究了多阶谐振与多环路谐振设计，并用简单缝隙FSS验证了这两种设计方法对FSS选择性提升的有效性。（2）针对二维FSS，分别基于多屏级联产生多谐振频点的原理和吸透一体提供带外吸收的原理，设计两款二维高选择性FSS。第一款双通带FSS通过产生多个传输零极点，提升传输响应的选择特性，结构在3.85GHz-5.00GHz、7.83GHz-8.84GHz频段内呈通带特性，带内平均损耗分别为 0.562dB、0.581dB，矩形系数分别为1.83、2.01，加工实测结果与仿真结果具有一致性；第二款双边宽带吸收FSS通过在超宽带吸波体上设计阻抗失配，形成与带通层透波位置一致的陷波频点，实现带外双边吸收且吸收边带滚降锐利，与原带通层FSS相比，相对带宽增大11.26%，同时带内平均损耗降低12.00%，矩形系数K降低47.65%。（3）针对三维FSS，基于表面波传输原理，分别在平面波导滤波器和人工表面等离激元（Spoof Surface Plasmon Polariton，SSPP）启发下，设计了两款三维高选择性FSS。第一款超宽带高选择性FSS在传播方向间隔排布非等尺寸谐振环以拓展通带带宽，在多阶滤波的基础上进行框架部分弯折设计以获得额外电容电感，增强谐振强度，实现选择性提升，结构的相对带宽为96.19%，带内平均损耗为0.197dB，矩形系数为1.15，相较目前已发表的FSS成果，此结构带宽更宽，选择性更高，设计双介质三维FSS加工实测验证了此类结构实际滤波的高选择特性；第二款FSS引入SSPP阵列表面，设计叶片长度沿传播方向变化，改善界面处传播常数的匹配，与叶片等长结构相比，带内平均损耗降低了64.40%；最后将该结构应用到有空气层的双边宽带吸收FSS中，利用其上边带的高截止特性，将原FSS的边带截断以获得锐利滚降，使矩形系数得到3.13%的改善。
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