具有雙頻段的十字形復(fù)合單元頻率選擇表面

張清 劉曉春 李天宇

摘 要：本文運(yùn)用模式匹配技術(shù)，組合出一個(gè)新的十字形復(fù)合單元頻率選擇表面。該頻率選擇表面是由兩個(gè)尺寸不同的十字形單元構(gòu)成。本文對(duì)其進(jìn)行了一系列的理論分析，并通過(guò)運(yùn)算得到其電場(chǎng)基函數(shù)，進(jìn)而算出透射系數(shù)。希望可以為相關(guān)從業(yè)人員提出一些參考和建議，從而提高我國(guó)在FSS方面的研究水平。

關(guān)鍵詞：雙頻段；十字形復(fù)合單元；頻率選擇表面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.219

頻率選擇表面（Frequency Selective Surfaces，簡(jiǎn)稱FSS）從本質(zhì)上是一種二維周期陣列結(jié)構(gòu)。而這種結(jié)構(gòu)是由金屬屏上周期性的開(kāi)孔單元或者周期性排列的金屬貼片單元構(gòu)成。FSS通過(guò)以頻率函數(shù)的形式表現(xiàn)其傳輸特性以及反射特性。本文將兩個(gè)尺寸大小不一的十字形單元組合成一個(gè)十字形復(fù)合孔徑單元FSS，由于兩個(gè)單元的尺寸不同，將使FSS的中心頻率有所不同，從而呈現(xiàn)兩個(gè)頻段的透射特性。

1 通過(guò)運(yùn)算求出FSS的投射系數(shù)

首先我們將開(kāi)孔單元FSS的結(jié)構(gòu)剖面圖展開(kāi)，如上圖所示，該FSS具有一側(cè)介質(zhì)加載的特征；其次利用Floquet模式將此截面中的介質(zhì)區(qū)域場(chǎng)和空間自由場(chǎng)展開(kāi)，并利用一組系數(shù)待定的正交模式將周期表面的電場(chǎng)展開(kāi)；最后利用磁場(chǎng)橫向分量以及電場(chǎng)在周期表面上的連續(xù)性，得到一個(gè)積分方程，可以用來(lái)計(jì)算周期表面的未知電場(chǎng)。我們可以采用矩量法對(duì)這種積分方程進(jìn)行求解。在進(jìn)行運(yùn)算之前首先需要選擇合理的電場(chǎng)展開(kāi)基函數(shù)。這種基函數(shù)要符合該FSS十字形符合孔徑單元的特征?；瘮?shù)展開(kāi)公式如下所示。

。PX（0，L）PY（0，W），

。PX（0，W）PY（0，L），

q=0，1，2

PX（x0，D）=

Py（y0，D）=

十字形復(fù)合孔徑單元具有兩個(gè)十字形孔徑單元，我們將這五個(gè)十字形孔徑單元所對(duì)應(yīng)的展開(kāi)基函數(shù)進(jìn)行矢量疊加，最后得到十字形復(fù)合孔徑單元的電場(chǎng)的展開(kāi)基函數(shù)。進(jìn)而我們對(duì)這種符合復(fù)合孔徑單元孔徑邊界條件的電場(chǎng)展開(kāi)基函數(shù)進(jìn)行一系列運(yùn)算，從而求出未知電場(chǎng)，進(jìn)而再求出其透射系數(shù)。

2 十字形復(fù)合開(kāi)孔單元FSS具有兩個(gè)不同的通帶

如表1所示，我們根據(jù)對(duì)不同入射角對(duì)十字形復(fù)合單元FSS的頻率響應(yīng)特征的分析可以發(fā)現(xiàn)，十字形復(fù)合單元頻率選擇表面具有兩個(gè)不同的通帶。通過(guò)對(duì)大小十字形孔徑單元的大小的改變以及位置的調(diào)節(jié)，可以改變兩個(gè)通帶的距離以及帶寬。

3 制備實(shí)驗(yàn)件并進(jìn)一步探究

以聚酯板和銅模為原材料，利用先進(jìn)的光刻以及鍍膜技術(shù)，制備出符合條件的十字形復(fù)合開(kāi)孔單元FSS，并對(duì)其進(jìn)行深一步研究和測(cè)試。在微波暗室中利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等儀器進(jìn)行測(cè)試分析并得到測(cè)試曲線，而測(cè)試曲線的特征顯示表明與我們的理論值是大致一樣的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)理論分析和試驗(yàn)件的制作與測(cè)試，得出了十字形復(fù)合單元頻率選擇表面具有雙頻段的結(jié)論。希望可以為從事FSS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工的研究人員提供一些參考和建議，進(jìn)而推進(jìn)FSS在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并以此提高我國(guó)航空、航天科技等領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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