可重构及小型化频率选择表面研究

可重构及小型化频率选择表面研究

论文摘要

频率选择表面(Frequency Selective Surfaces简称FSS)是由位于介质基底上相同的金属贴片单元,或金属屏上的开孔单元构成的一种二维周期阵列结构。在电磁波照射下,频率选择表面表现出带通或带阻的滤波特性,因此被用作空间滤波器。频率选择表面具有广泛的应用,例如带通型频率选择表面可用来设计天线罩,带阻型频率选择表面可以作为反射面天线的副反射器。本文从频率选择表面的应用背景出发,在研究了该结构的滤波机理和分析方法后,以传统的频率选择表面功能单一、单元尺寸大为突破口,引出可重构技术和小型化技术这一研究热点,并针对可重构及小型化频率选择表面进行了深入的研究。本文的主要研究内容如下:1.研究了频率选择表面的基本理论,分析了影响其性能的重要技术参数,并结合频率选择表面的分析方法,对两种典型频率选择表面单元的滤波特性进行了研究,为可重构频率选择表面和小型化频率选择表面的设计奠定了基础。2.为解决传统频率选择表面功能单一的问题,本文基于二极管的加载技术,设计了两款具有可重构特性的频率选择表面单元。首先对经典十字型单元结构进行改进,将其与变容二极管进行一体化设计,获得了具有频率可调特性的频率选择表面单元。然后,将变容二极管替换为PIN二极管,获得了具有单双频可切换特性的频率选择表面单元。3.为解决传统频率选择表面角度稳定性差的问题,本文基于2.5D封闭环结构,设计了一款具有高角度稳定特性的频率选择表面单元。首先调研了小型化频率选择表面的方法,并研究了金属化通孔实现单元尺寸小型化的原理,然后设计出一种高角度稳定的2.5D封闭环单元,仿真结果表明该单元对于0°~80°入射的电磁波具有良好的稳定性。在此基础上,通过加载具有缝隙的金属贴片,使其谐振频率下降,获得了一种兼具高角度稳定特性和小型化特点的频率选择表面单元。最后,对该频率选择表面进行了加工和测试,测试结果与仿真结果基本吻合,验证了上述设计方法的有效性。4.为解决传统频率选择表面的单元尺寸大的问题,本文基于2.5D封闭环结构,通过对单元内部的金属化通孔进行研究,设计了一款具有小型化特点的频率选择表面单元。本文以传统的2.5D封闭环单元为研究对象,将单元内部的金属化通孔进行分段处理,引入不同的中间层结构,并对比不同的中间层对小型化单元尺寸的影响程度,最终设计了中间层为“U”字形的2.5D封闭环结构,其单元尺寸达到0.033λ。此外,通过对比研究发现,随着引入中间层数量的增加,单元尺寸的小型化程度也愈加明显。最后,对该频率选择表面进行了加工和测试,测试结果与仿真结果基本吻合,证明了本文提出的方法对小型化2.5D频率选择表面单元尺寸具有可行性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号对照表
  • 缩略语对照表
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题研究背景及意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •     1.2.1 频率选择表面的提出与发展
  •     1.2.2 可重构频率选择表面的研究进展
  •     1.2.3 小型化频率选择表面的研究进展
  •   1.3 论文主要内容与结构安排
  • 第二章 频率选择表面的基本理论和分析方法
  •   2.1 频率选择表面的滤波机理
  •   2.2 影响频率选择表面性能的参数
  •   2.3 栅瓣现象
  •   2.4 频率选择表面频率的分析方法
  •     2.4.1 等效电路法
  •     2.4.2 模式匹配法
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 可重构频率选择表面的分析与设计
  •   3.1 可重构频率选择表面单元的设计
  •     3.1.1 传统的十字结构单元
  •     3.1.2 新型十字结构单元的设计
  •     3.1.3 影响新型十字结构单元谐振特性的因素
  •   3.2 二极管的研究
  •   3.3 可重构特频率选择表面单元的设计
  •     3.3.1 加载变容二极管的频率选择表面的频率响应分析
  •     3.3.2 加载PIN二极管的频率选择表面的频率响应分析
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 角度稳定型频率选择表面的研究与设计
  •   4.1 金属化通孔实现单元小型化的原理
  •   4.2 角度稳定型频率选择表面单元的设计
  •     4.2.1 2.5D封闭环结构的初步设计
  •     4.2.2 2.5D封闭环结构的改进设计
  •     4.2.3 仿真结果与对比分析
  •     4.2.4 单元尺寸参数分析
  •   4.3 实验结果和分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 2.5D小型化频率选择表面的研究与设计
  •   5.1 2.5D小型化频率选择表面单元的研究
  •     5.1.1 2.5D小型化频率选择表面单元的仿真分析
  •     5.1.2 2.5D封闭环结构单元的改进与对比分析
  •   5.2 引入中间层的小型化频率选择表面单元设计
  •     5.2.1 不同中间层结构对单元尺寸小型化的影响程度
  •     5.2.2 单元设计的改进和分析
  •   5.3 实验结果和分析
  •   5.4 本章总结
  • 第六章 研究总结与展望
  •   6.1 研究总结
  •   6.2 研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 陈帅

    导师: 姜文

    关键词: 频率选择表面,可重构,小型化,封闭环结构,角度稳定性

    来源: 西安电子科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 西安电子科技大学

    分类号: O441;TN713

    DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.000278

    总页数: 75

    文件大小: 3115K

    下载量: 202

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