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基于场分析方法的宽带FSS的研究

作　者: 韩阔
导　师: 傅佳辉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 频率选择表面（FSS）宽带双层场分析
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 31次
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内容摘要

频率选择表面（FSS）是近年来较为引人关注的微波器件，它以其自身对入射波良好的透射特性和反射特性被越来越多的领域所应用。随着研究工作的深入，对于FSS结构单元以及整体阵列带宽的要求也越来越高，窄带FSS阵列已经无法满足频率选择表面在各方面的实际应用需求。因此对于具有宽频带特性的FSS单元的研究已经成为目前频率选择表面领域的热门研究问题之一本文摒弃了传统的等效电路理论，而是采用分析电场解析形式的方式对FSS结构从单元到阵列进行深入探索。理论方面不仅对电磁场耦合造成的电流特殊走向进行剖析并给出分析策略，同时也以数值求解为依托对所设计的FSS结构进行场的求解。全文以拓宽结构带宽为目的，从传统的单层频率选择表面出发，由浅入深层层递进，其中涉及到的仿真工作均由软件CST MICROWAVE STUDIO完成，实物加工和测试在哈尔滨工业大学微波暗室进行。本文首先对FSS单元设计的相关理论进行了介绍，并通过比较整理给出了常用的等效电路方法存在的缺陷和复杂之处。之后从简单单元单层结构的仿真入手，探索给出了FSS单元阵列在设计和加工过程中需要考虑的主要影响因素并且总结出设计时应遵循的原则及设计技巧。其次，本文利用基本模型的结果，以六边形贴片结构为基础，先后建立了新型的单层和双层FSS阵列。再最终模型中，通过过孔将上下层结构进行连接从而形成电流制约，对于单元的相关参数进行反复优化，实现了将谐振于相近频点的六边形结构的响应在频域形成融合，从而带来宽频带的特性。而后给出了所设计FSS结构的加工实物并对测试结果进行讨论，对仿真结果和实测结果给出比较和分析。最后，利用电磁场解析计算方法，由单振子出发对所设计结构的电磁场数值解进行计算，给出理论场值。本文研究的FSS结构样式新颖，理论完备而具有独创性，实现了对于传统频率选择表面的带宽增强，相对带宽达到23.7%，完成了宽频带的预期指标。论文不仅完整说明了FSS结构的理论分析和仿真结果，也实现了实物的加工制作和测试探讨。本文为频率选择表面在频带方面的探索和发展提供新的详尽的思路，对于本领域的其他研究人员具有参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 频率选择表面的发展概况  9-14
    1.2.1 频率选择表面结构的主要应用及研究方向  9-11
    1.2.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 本文主要研究内容及指标  14
    1.3.1 本文主要研究内容  14
    1.3.2 技术指标  14
  1.4 本文内容的主要结构安排  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第2章宽带频率选择表面基础  16-29
  2.1 频率选择表面原理简介  16-24
    2.1.1 频率选择表面的基本工作原理  16-18
    2.1.2 可供调整的频率选择表面参数  18-23
    2.1.3 拓宽频带的主要措施  23-24
  2.2 FSS 基本单元仿真与结果分析  24-28
    2.2.1 FSS 典型基本单元仿真结果分析  24-26
    2.2.2 FSS 基本单元仿真结果列表  26-28
  2.3 本章小结  28-29
第3章宽带频率选择表面的设计与仿真  29-47
  3.1 宽带 FSS 结构的设计原则  29-30
  3.2 宽带 FSS 基本组成部分六边形环的仿真特性  30-31
  3.3 放射式六边形环 FSS 结构的设计  31-32
  3.4 渐变链环式宽带 FSS 结构的设计和仿真  32-46
    3.4.1 正面结构的设计与仿真  33-35
    3.4.2 反面结构的设计与仿真  35
    3.4.3 双层结构过孔连接后的设计与仿真  35-37
    3.4.4 双层结构过孔连接后的电磁理论分析  37-39
    3.4.5 双层结构 FSS 加入带条修正  39-41
    3.4.6 其他参数的优化  41-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章宽带频率选择表面的测试及场分析  47-59
  4.1 渐变链式 FSS 结构的实物加工及测试  47-52
    4.1.1 FSS 加工实物说明  47-49
    4.1.2 FSS 实物测试说明  49-52
  4.2 渐变链式 FSS 结构场值推导  52-57
  4.3 本研究的特点及创新性  57-58
  4.4 展望  58
  4.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间发表的论文  64-66
致谢  66

基于场分析方法的宽带FSS的研究

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