- 国内外研究概况
1.理论的渊源及演进过程;
频率选择表面是一种周期结构,根据单元结构形状的不同,可以分为贴片型和孔径型。FSS最早可以追溯到18世纪,1785年,美国人Fransis Hopkinson观察到光(灯光、自然光)通过丝带手绢后,会发生奇异的衍射现象。1786年,美国物理学家David Rittenhouse通过观察用发丝制成的等间距距栅对日光的衍射现象而发现FSS。[5]19世纪后期,德国物理学家Hert采用金属栅对低频电磁波进行类似的实验。20世纪初期的1919年,Marconi和Franklin申请了一个专利,他们将水平栅作为不连续表面,设计出一个抛物面反射器。众多学者于20世纪60年代中期开始进行关于二维栅的研究,其基本原理很早以前就为人所知。美国Ohio州立大学的R.J.Luebbers和B.A.Munk教授等人对频率选择表面的基本理论知识和实际的工程应用进行了很长时间的研究和分析。英国肯特大学E.A.Paker和英国Loughborough大学的J.C.Vardaxoglou等人从20世纪70年代末至今一直活跃在研究领域,从等效电路角度入手,针对不同形状的单元分别给出了很多的宝贵工程经验,同时针对的诸多参变量对频响特性的影响进行过多方面的研究和讨论。[1]
2.国内有关研究的综述;
总的来说,国内此技术起步较晚,从“七·五”、“八·五”直至“十二·五”期间,很多高校和科研单位相继开展了对频率选择表面的研究,从最初的理论分析方法研究到实际的工程应用方面出发对频率选择表面进行长期而深入的研究,并取得了一定的积极成果,这些院所主要包括北京航天航空大学、东南大学、上海交通大学、成都电子科技大学、西北工业大学、西安电子科技大学、南京理工大学、中国科学院长春光学机械与物理研究所等。[1]
近些年,国内诸多学者不仅在现有理论上进行新的突破,而且尝试从新的角度新的方法对周期结构进行研究、分析、计算以及优化设计。
2.1在FSS 物理特性设计方面
影响频率选择表面特性有多方面元素,我国研究者作出了深入研究,对于带通型频率选择表面滤波器的认识和应用方面取得了很多成就。文献六中利用HFSS软件的优化仿真功能,验证了频率选择表面单频点传输特性,多层介质下实现的带通传输特性以及在单层介质两侧刻蚀周期性结构实现带通特性;[6]文献七中设计出了类似三个偶极子组合而成的高度对称的缝隙FSS新型结构,通过仿真技术研究了在3毫米波段其臂长、入射波角度及极化方式对其频率响应特性的影响。并得出结论该结构对入射波极化方式的敏感性很低,并且在小于25°范围内频率响应特性非常稳定性;[7]在实际应用中,针对带通型频率选择表面应用于雷达天线罩上的栅瓣问题,文献四分析设计了特性良好的优化型单层介质加载双层频率选择表面缝隙阵列结构和以此为基础改进的双层介质加载三层频率选择表面缝隙阵列结构,有效地解决了在实用中电磁波大角度入射时,各类栅瓣过早、连续出现的问题。并将改进型带通频率选择表面形成的慢波结构利用到PIFA微带贴片天线地平面设计中,并对其进行了仿真验证,分析发现,该改进型频率选择表面对设计天线结构,改善天线性能具有重要应用价值。[4]
2.2在FSS多频设计方面
随着科技与通信的逐步发展,传统单一频段的通讯系统终端无法满足要求,双频及多频频率选择表面结构逐渐成为频率选择表面研究的热点。通过结构设计改变使得频率选择表面滤波特性呈现双频及多频特性具有重要的实际应用价值。
在文献一中,提出可以级联单频的方式设计双频,并用实验证明了在此基础上可以设计三频段频率选择表面,实现了工作特性,但是滤波特性单一,均为带通或者均为带阻。[1]在文献八中设计了一种有源FSS结构,创新地在传统FSS中加载PIN管或变容二极管等有源器件,利用等效电路法分析其结构。然后将有源FSS结构单元与传统FSS结构单元交替排列,构成具有双频性质的FSS结构。为在实际应用中达到带宽优化的效果,应尽可能加载较小的电容与电感。[8]与此类似的,在文献十一中,也有相关研究,利用等效电路法对有源FSS进行等效替代,分析了有源FSS谐振特性可调的原因,并应用HFSS仿真软件得到了在不同电抗加载时有源FSS的频率特性。[11]至于在实际应用中,文献四中通过详细研究分析常用雷达天线罩的A型夹层结构,在保持夹层结构机械特性不受影响的条件下,仿真设计了一种具有双频带通特性的优化型A型夹层频率选择表面雷达天线罩,仿真结果表明这种结构达到了实用所需机械及滤波特性。[4]
