1。2 课题研究的背景及意义论文

本文频率选择表面的仿真与分析是使用Ansoft HFSS软件来进行的，它们是通过模拟仿真一个基础单元并通过设置边界条件来模拟整个周期性频率选择表面的特性。这种方法是假设频率选择表面是无限大的平面，但在实际中，频率选择表面只能制作有限大小的尺寸，导致实际频率选择表面结构的谐振频率、带宽等性能与模拟仿真结果不吻合。这是由于周期边界条件是模拟无限大平面，这种条件下周期单元间的耦合与实际有限尺寸的情况不一致。而在低频范围内时，各个通信频段的带宽很窄且相距很近，就需将中心谐振频率的误差降到最小，因此为了设计出性能较好的频率选择表面，需要做的就是尽可能的减小直至消除单元间的耦合作用，这样在单元大小尺寸有限的情况下，可以设计出中心谐振频率更加精确的频率选择表面。因此本文将法拉第笼这一结构引入到设计中以消除这种相互影响。

图1。4 法拉第笼原理图

法拉第笼（Faraday Cage）是良导体（如金属）形成的一个等位体。它是以电磁学的奠基人迈克尔·法拉第的姓氏命名。法拉第笼的内部电势差与电场都为零，电荷分布外表面上形成一个以良导体围成的一个密闭空间，它可以有效地隔绝笼体内外的电场和电磁波相互干扰形成“静电屏蔽”效应[4]，如图1。4。近年来，基于体积小、成本低并且可靠性高的优点，微波集成电路（RFIC）[5-6]等技术得到了飞速的发展，他们都是在基板上通过合理设计集成的多个微波电路和多个分系统。因此必须重视并解决消除各单元之间干扰的这个问题。

为了消除这种干扰，2001年Joyce H。 Wu等人利用一系列的金属通孔围绕在微波电路周围来形成一种法拉第笼结构，这是首次将法拉第笼结构应用于实际频率选择表面的设计当中，试验结果表明，成功的实现了各个微波电路之间的隔离，减小了相互的干扰。随后，法拉第笼结构被很多人采纳，应用在了在许多集成度较高的电路中。因此，本文将法拉第笼结构应用在方频率选择表面单元结构中以用来消除各个单元之间的耦合，并着重分析讨论了法拉第笼结构对频率选择表面的影响及作用。

基于本文的研究目标，首先需要选择合适的基础频率选择表面结构单元。到目前为止，大部分频率选择表面单元的分析与应用都是这些常见的基础单元结构或者是它们的组合结构。其中，从结构上来说，对于一个整体的片状金属，这种情况无法连接集总元件，需要引出金属线来形成不连续的结构，这样就会引入更多额外的电感和电容，大大加深了问题的复杂程度。不规则型的单元结构却过于复杂，使得其加载集总元件的难度更大，也不利于分析研究。各种形状的缝隙环都是由两块不相连的金属贴片所构成，这样通过改变缝隙环单元结构的尺寸参数就可以形成不连续结构来放置集总元件，因此加载集总元件以实现带通特性的最必须正确合理地使用缝隙环结构单元。国内外都有人不同形状结构的缝隙环加载集总元件之后的性能进行过比较分析，其中方形缝隙环是各个研究人员的首要选择，因为它是一种结构相对简单、尺寸较为均匀并且对微波入射角度不敏感的频率选择表面基础单元结构，因此不论是模拟仿真还是实际应用都是比较好的选择，因此本文基于方形缝隙环来研究法拉第笼对频率选择表面性能的影响。文献综述

1。3 课题研究的主要内容

论文第一部分论述了频率选择表面的原理和理论分析方法，之后对普通方形缝隙环和基于法拉第笼的方型缝隙环进行比较分析，具体包括对不同入射角度的TE极化波和TM极化波进行仿真，得出频率响应特性的不同之处。并对基于法拉第笼的方型缝隙环进行了详细的理论解释，主要包括对不同尺寸参数的基于法拉第笼结构的频率选择表面性能的影响。本文最后还对加载集总元件的基于法拉第笼的方形缝隙环进行研究讨论，包括对不同加载位置选择的研究，综合分析了不同集总元件对频率选择表面性能的影响，并着重分析了电容加载方形缝隙换的优点及它的普适性。