C波段频率选择表面的仿真设计

论文摘要

FSS（Frequency Selective Surface频率选择表面）,是一种大量无源谐振单元在介质层上按二维周期性排列构成的单层或多层准平面结构。它对电磁波和光波具有一定的频率选择特性,是一种周期结构。频率选择表面本身不吸收射频能量,却能起到频率滤波的作用。FSS对电磁波的散射特性随着频率而变化,它对某些频带内的入射电磁波几乎全透明,而对其频带外的入射波则呈现接近全反射的特性。其频率特性主要取决于谐振单元的形式、周期性分布的形式以及周围的介质。当频率选择表面的谐振单元在某一频率上谐振时,这一频率的电磁波、光波被全反射或全透射。实质上频率选择表面呈现出开放空间的电磁滤波器的功能,因此它在科学和工程等领域具有较大的应用价值,近年来已成为微波和天线学者们研究的一个方向,越来越受到世界各国的重视。FSS的特性取决于众多几何参数,一方面造成分析计算的复杂性,另一方面又提供了实现多种频响特性的灵活性。FSS的特性与其周期单元的几何形状、尺寸、排列方式、周期、极化方式、介质衬底的厚度、电磁特性参量、FSS的层数以及入射波的入射方向有关。FSS的分析可分为近似方法、严格的全波技术两大类。其中近似方法包括变分方法、等效电路法,严格的全波技术包括模匹配法、谱域法、迭代法、DFT法、有限元法、时域有限差分法等。FDTD是对与时间相关的麦克斯韦方程的直接求解,在电磁场问题的数值计算中具有广泛的应用,是目前射频器件以及光器件的计算机仿真的最有效的方法之一。本文在分析FSS技术和方法的基础上,利用时域有限差分法FDTD（Finite-Difference Time-Domain）,借助于相关仿真软件,重点对单层PEC耶路撒冷十字形孔径FSS平面模型、单层PEC双层介质模型、双层PEC三层介质的耶路撒冷十字孔径模型、双层铜三层介质的耶路撒冷十字孔径模型、Y形的FSS模型和圆环形FSS模型作了仿真设计,分析了其透射和匹配特性,并进行了相应的比较。大致得到了设计参数对FSS特性影响的规律,获得了C波段FSS良好性能的参数,对FSS的设计具有较高的参考价值,并具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 FSS基本概念
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究的主要内容及步骤
• 1.5 论文内容及结构
• 1.6 本章小结
• 第二章 FSS的发展与研究方法
• 2.1 FSS的性能参数
• 2.2 FSS的发展及应用
• 2.3 各种研究方法及比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 时域有限差分法
• 3.1 FDTD基本算法
• 3.2 吸收边界条件的处理
• 3.3 稳定性分析
• 3.4 激励源
• 3.4.1 激励源的类型
• 3.4.2 激励源的设置
• 3.5 本章小结
• 第四章 FSS仿真设计
• 4.1 单层模型FSS仿真
• 4.1.1 单层PEC模型
• 4.1.2 单层铜耶路撒冷十字孔径模型
• 4.1.3 单层PEC加双层介质模型
• 4.2 双层模型FSS仿真
• 4.2.1 双层PEC耶路撒冷十字孔径模型
• 4.2.2 双层PEC中间加介质耶路撒冷十字孔径模型
• 4.2.3 双层PEC三层介质的耶路撒冷十字孔径模型
• 4.2.4 双层铜三层介质耶路撒冷十字孔径模型
• 4.2.5 入射波为TM波时的透射系数曲线
• 4.3 Y形的FSS模型
• 4.4 圆环形FSS模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文的主要研究工作和结果
• 5.2 本研究课题可以进一步研究的内容
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表