电大尺寸有限周期频率选择面的电磁特性研究

论文摘要

频率选择表面(FSS)的工程应用非常广泛,但到目前为止,对FSS的研究大部分是无限大阵列以及平面周期的,可在实际应用中,FSS阵列不可能是无限大的,甚至是曲面的。所以对有限尺寸FSS阵列的电磁分析具有重要的实用价值。本文着重对有限尺寸金属FSS阵列的能量传输特性进行了研究,找到了定义有限尺寸FSS阵列的透射系数和反射系数的方法,成功地计算出有限尺寸FSS阵列的能量传输系数和反射系数。并采用不同的源激励(平面波,高斯波等),还考虑了曲面和双层的情况,做到与现实情况中的条件更加吻合。同时将计算结果与软件仿真的无限大周期单元的结果进行对比,可以看出二者具有较一致的特性。为了更好的了解FSS的工作机理,本文还给出了FSS阵列的表面电流分布图。此外,本文采用的是多层快速多极子(MLFMA)法,不仅大大加快了计算速度,还可以用来计算电大尺寸的有限尺寸FSS阵列,实用性更强。另外,本文还对有限尺寸金属FSS与喇叭天线及线天线的一体化电磁计算进行了一定的研究。对FSS阵列与天线进行一体化建模,计算天线加和没加FSS的能量辐射情况,观察其辐射方向图,能较好的看出FSS的频率选择特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 频率选择表面介绍
• 1.2 频率选择表面的物理机制
• 1.3 频率选择表面的应用
• 1.4 频率选择表面分析方法及优化
• 1.5 本文结构安排
• 2 FSS理论阐述及研究现状
• 2.1 FSS基本理论研究
• 2.1.1 单层FSS理论分析
• 2.1.1.1 近似分析法
• 2.1.1.2 全波分析法
• 2.1.1.3 FDTD法
• 2.1.2 多层FSS理论分析
• 2.1.2.1 单层扩展法
• 2.1.2.2 级联法
• 2.1.2.3 耦合积分方程法
• 2.2 有限大平面与曲面FSS研究
• 2.3 FSS电性能设计与优化
• 2.4 积分方程求解及基函数选择
• 2.5 本文要解决的问题
• 3 有限尺寸金属FSS与天线一体化分析
• 3.1 引言
• 3.2 加源及辐射方向的求解
• 3.3 与喇叭天线一体化分析
• 3.3.1 角锥喇叭辐射性能
• 3.3.2 贴片型FSS阵列与喇叭天线一体化分析
• 3.3.3 缝隙型FSS阵列与喇叭天线一体化分析
• 3.4 与线天线一体化分析
• 3.4.1 与偶极子天线一体化分析
• 3.4.2 与偶极子天线阵一体化分析
• 3.4.3 与螺旋天线一体化分析
• 3.5 本章小结
• 4 有限尺寸金属FSS的传输特性的理论分析
• 4.1 入射场及右边向量的求解
• 4.1.1 平面波
• 4.1.2 高斯波
• 4.1.3 球面波
• 4.2 传输特性的理论分析
• 4.2.1 电流产生的散射场的求解
• 4.2.2 孔径场计算
• 4.2.3 传输系数的定义
• 4.3 球面波激励时透射系数的求解
• 4.4 算例
• 4.4.1 圆环结构
• 4.4.2 双方环结构
• 4.4.3 patch结构
• 4.4.4 Y型二阶分形结构
• 4.4.5 缝隙型方环结构
• 4.4.6 双层圆环结构
• 4.4.7 曲面方环结构
• 4.4.8 曲面十字结构
• 4.4.9 十字结构斜入射
• 4.5 本章小结
• 5 有限尺寸金属FSS的反射系数的求解
• 5.1 理论分析
• 5.2 栅瓣的产生
• 5.3 算例
• 5.3.1 算例1（双方环结构）
• 5.3.2 算例2（patch结构）
• 5.3.3 算例3（缝隙型方环结构）
• 5.3.4 算例4（双层圆环结构）
• 5.3.5 算例5（双层十字结构）
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文的工作总结
• 6.2 研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间学术论文提交情况