10/15GHz双屏频率挑选外表的剖析与规划

1导言

频率挑选外表(FrequencySelectiveSurface,FSS)是由金属贴片或缝隙构成的二维周期性阵列。它对不同频率的电磁波有反射或透射特性。例如，缝隙单元的FSS显高通特性，贴片单元的FSS显低通特性。因而，可以挑选不同办法的单元来选取所需频率的电磁波，即常说的FSS具有空域滤波特性。因为具有如此特性，其使用也受到了极大的重视。首要使用有两个方面：一是用作副反射器，如图1所示。置于抛物面焦点处的天线A作业于频率fA，置于抛物面极点处的天线B作业于频率fB。FSS_1与FSS_2传输fA，反射fB。因为FSS_1与FSS_2传输fA，所以天线A与抛物面构成作业在fA的抛物面天线。FSS_1与FSS_2反射fB，所以天线B与用作副反射器的FSS_1和用作扩展抛物面口径的FSS_2构成作业在fB的卡塞格伦天线。由此可知，FSS为反射面，多频作业供给了很好的处理方案，也为下降星载、机载天线的数量、分量和装置空间供给了很好的处理途径。二是用作天线罩。FSS天线罩可以在不影响天线作业功能的前提下，下降了天线的雷达散射截面(RCS)，并且与传统的吸收体比较，具有添加带宽，减小吸收体厚度等长处。

本文针对FSS在榜首方面使用，规划了一个对电磁波的入射角和极化办法都不灵敏，并且有较大带宽和较小带距离离的双屏频率挑选外表。

图1用于副反射器的FSS

2FSS的剖析与规划

FSS的频率响应特性首要取决于单元形状。各种常用结构单元(如图2所示)的具体评论可见文献[4-9]。它们之间的功能比较如表1所示。由表1可知，方环单元对电磁波的入射角不灵敏、穿插极化电平低、带宽宽，并且还能得到较小的带距离离。

图2FSS单元

表1各种单元功能比较

注：“1”表明最好，顺次类推

单元办法决议频响特性，单元尺度决议FSS的作业频率。关于方环或圆环来说，周长为整数倍波长时谐振。为了防止方向图呈现零点，方环或圆环的周长一般取一个波长。如果是印制在介质板上，其周长约为一个有用波长。当单元尺度与谐振尺度相差较大时，远离谐振频率的电磁波会透过FSS；但会有必定的损耗，首要是由介质、导体和散射产生的。

栅格的布阵办法及单元距离的巨细首要影响栅瓣。二维FSS的栅格布阵办法一般有两种，正方形布阵和三角形布阵(等腰或等边三角形)。与阵列天线相同，为了防止栅瓣的呈现，FSS相邻单元的距离在边射方向(笔直)入射时应小于一个波长。表2列出了不同布阵办法时，未呈现栅瓣的单元距离选取原则。

实践的FSS需求介质支撑，引进介质会给FSS规划带来许多优点。首要，介质加载可以下降电磁波的入射角对谐振频率的影响。其次，改动介质厚度，可以调整谐振频率。第三，介质加载为多频段FSS的规划供给了很好的处理途径。第四，介质加载可以减小单元尺度，然后缩小FSS的尺度。

表2栅格布阵办法与单元距离

屏数的多少也对FSS的功能产生很大的影响。单屏FSS在大都情况下很难满意体系带宽和损耗的要求，这时就需求多屏。考虑多屏的核算复杂度和完成难度，常选用双屏。双屏与单屏比较，带宽较宽，谐振带宽的边际到显着增强，并且还能消除单屏中的外表波现象，有利于进步传输和反射。

310/15GHz双频FSS

依据第二节所评论的，作者规划了一个10GHz传输、15GHz反射的网栅方环单元的双屏FSS。如图3所示。选用网栅方环结构，可以得到较小的带距离离(反射谐振频率/传输谐振频率=1.5~2)，并且在谐振频率处对入射角和极化比较稳定。因为该结构在X与Y方向彻底对称，因而具有杰出的圆极化特性。方环的尺度决议反射，其外周长约为一个反射谐振波长。栅格的尺度决议传输，其内周长约为一个传输谐振波长。FSS单元印制在RogersRT/Duroid5880(tm)上，泡沫用来支撑两个屏。

图310/15GHz双屏FSS

FSS的测验成果如图4、5、6所示。图4清楚的表明晰在不同形式下(TE/TM)，入射角对传输的影响很小，仅在大视点入射(＞45°)，频率细微向高频漂移。插入损耗小于1dB的传输带宽约为3GHz，反射大于20dB的带宽约为4GHz。图5和6描绘了TE/TM形式下，FSS对方向图的影响。图5和图6的方向图的改变，首要是因为FSS在10GHz处的插入损耗形成的，可是方向图未产生显着的改变，仅是向下平移。在大视点处，方向图也没产生太大的改变。然后阐明，规划的10/15GHz的双屏FSS具有杰出的功能。

图4TE/TM形式时，不同入射角的传输

图5TE形式，FSS对方向图的影响

图6TM形式，FSS对方向图的影响

4定论

本文具体评论了FSS的规划思路和办法。完成了10/15GHz的双屏FSS规划、仿真和测验，成果表明所规划的FSS功能优秀。