摘要
频率选择表面（Frequency selective surface，FSS），是一种在介质表面上排布有周期金属贴片单元或孔径单元组成的二维面型结构。在军事领域常被应用于雷达天线罩，实现散射源的雷达散射截面（Radar Cross section，RCS）缩减，大幅度提高电子对抗武器设备的隐身性能，由于其高效的电磁控制优势而得到广泛应用。为解决单频段通信系统无法满足高通信容量的问题，多采用宽频传输和多频传输型FSS，以增加微波通信系统的信道容量，提升传输效率。本文围绕着迫切需要解决的一系列卡脖子瓶颈问题如：频带宽度受限，传输效率低等，设计了多种性能优良的新型多功能FSS并应用于雷达天线罩实现RCS缩减，主要研究内容如下： 1．针对各种复杂典型环境，设计了多种具有典型性能（宽频，多频，小型化，编码）的新型频率选择表面。1）针对大容量宽带信号传输的应用需求，设计了一种四角缺口环形结构FSS，在C波段~X波段表现为超宽带传输，并可通过改变缺口半径的取值灵活调节工作频段。2）针对现代通信设备中多频信号传输的应用需求，提出了一种具备带外平坦、陡截止特性强等优点的单缺口异形结构多频FSS。利用其不对称性，通过伺服电机控制FSS旋转角度并实现跨波段通带可重构的功能。3）针对传统FSS无法满足高集成度、轻量化设备的问题，基于单元卷曲和金属过孔技术设计了一种小型化FSS，单元尺寸仅为0.04λ0×0.04λ0。4）针对单层FSS较难优化出宽频、陡截止等复杂电磁性能的问题，提出一种数字编码FSS，通过SA算法对编码矩阵进行优化获得目标电磁特性的拓扑结构。 2．基于两种典型带通型FSS，研究不同阵列数目的有限大FSS的电磁特性，通过对比分析有限大/无限大FSS的电磁特性结果，提炼分析单元阵列对电磁特性的影响及调制规律；研究 FSS 天线罩加载对微带贴片天线的辐射性能和雷达散射截面特性的影响，结果表明加载 FSS 天线罩后对天线工作性能的影响较小，雷达散射截面显著降低，验证了所设计FSS的雷达隐身性能。 3．最后在FSS结构中分别加载变容二极管和PIN二极管，将无源FSS拓展为有源可重构FSS，使其在频带范围内可实现窄带传输和宽带传输的可调谐功能。当加载变容二极管时通过控制变容二极管工作电压实现通带连续可重构；当加载 PIN 二极管时在导通状态和截止状态下可分别实现低频传输高频截止和高频截止低频传输的电磁可重构特性，可用于电磁开关。
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