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厚屏频率选择表面设计及工艺研究

方春易  
【摘要】:频率选择表面(FREQUENCY SELECTIVE SURFACE,简称FSS)是由特定形状单元图形构成的一种二维周期阵列结构,其反射与传输特性表现为频率之不同函数的表面,具有调整与控制电磁波传输的特殊能力。使用FSS技术制造的雷达天线罩,能够有效地缩减雷达反射截面。近年来,大量的FSS科研成果与工程化应用的迅速发展,已经被国际社会所关注 厚屏FSS是在薄屏FSS基础上提出来的,其结构不同于薄屏FSS,是一种新型FSS。由于厚屏FSS增加了其金属屏的厚度,相当于在薄屏FSS上增加了很多的波导单元,这样就使得入射电磁波经过波导单元时所形成的前行波按照波导模式向前传输。由于电磁波的传输方式不同,所以厚屏FSS与薄屏FSS的传输特性也不相同。此外,厚屏FSS还具有很高的品质因数,以及具有更加适合曲面应用等优点,因此,厚屏FSS的实用价值是相当大的。 本文采用矩量法对厚屏FSS理论进行了分析,推导了厚屏FSS传输特性的重要参数——传输系数;按照厚屏FSS的理论设计出一种圆孔单元的厚屏FSS;采用时域有限差分法仿真计算了诸多参数的变化对于厚屏FSS的传输特性的影响变化规律,其中参数包括:金属屏厚度、单元大小、单元间距、电磁波入射角和介质材料等;厚屏FSS样件进行实际测试后与仿真计算对比,发现它们的中心频率和带宽存在偏差,并分析偏差原因产生的因素;然后针对加工误差进行研究,通过对加工精度不等的金属屏实验测试,发现加工质量影响厚屏FSS的传输特性。 厚屏FSS的研究最终都要归结于曲面。针对曲面厚屏FSS上波导单元的选择,本文研究了三种不同形状单元的平面式厚屏FSS的传输特性,其中单元包括:Y孔单元、圆孔单元、十字孔单元。通过实验测试比对分析得出:在电磁波不同极化方式以及电磁波大角度入射的情况下,Y孔单元的厚屏FSS比圆孔单元和十字孔单元的厚屏FSS,具有更好的传输特性,因此确定了Y孔单元是曲面厚屏FSS的首选单元。


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