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频率选择表面的历史和研究现状

时间:2018-08-16 10:21来源:毕业论文
频率选择表面(Frequency Selective Surfaces,简称FSS)是由很多相同的单元按一维或者二维周期排列的单层或着多层的无限大平面结构,由于它对处于谐振频率的电磁波能够实现全反射或全透
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频率选择表面(Frequency Selective Surfaces,简称FSS)是由很多相同的单元按一文或者二文周期排列的单层或着多层的无限大平面结构,由于它对处于谐振频率的电磁波能够实现全反射或全透射,可视为开放空间的电磁滤波器。FSS的这种特殊频率特性,使其在天线、雷达罩、无线安全通信、吸波材料、分光镜、谐振器、人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC)等领域获得了广泛应用。27065
FSS得到比较系统研究源于二十世纪七十年代为了实现卫星天线的多波段工作,当时FSS作为副反射面天线置于工作频率不同的馈源之间,从而实现四馈源共用同一抛物面天线主反射镜的功能。此后由于FSS的巨大应用价值,国内外许多学者对其进行了深入而广泛的研究。其中美国俄亥俄州立大学的B.A.Munk 教授等人对多种结构的FSS进行了深入研究,并且在1974年研发制造出了世界上第一个囊括FSS结构的锥形金属的雷达罩实验室模型;早在上个世纪八十年代,美国UIUC大学的Raj Mittra 教授等人基于谱域法对FSS进行了深入研究,建立了系统的FSS谱域分析模型,能够对多层级联、有限周期结构的频率选择表面进行有效的分析;英国肯特大学的E.A.Parker,R.J.Langley和J.C. Vardaxoglou等人后又从等效电路的角度对频率选择表面给出了具有有工程应用价值的结果,并对构成频率选择表面的各个参变量对频率响应特性的影响进行了多方面的研讨分析。除此之外,意大利、法国、日本以及中国等国家也有不少的实验研究结果见诸报道。论文网
目前国际上对FSS的研究主要集中于拓展其频段和对其结构进行改良创新。随着应用要求的提高,FSS的工作频段已经由微波、毫米波向THz甚至近红外拓展;而多频段乃至多谱段的复合探测理论与技术的发展,使得双频和多频FSS的研究也成为关注热点。当然,各种提高FSS性能的新结构研究是FSS的一个永恒主题,尤其近年来微波低频通信的快速发展使得小型化FSS研究也进行的如火如荼,分形FSS、无源器件加载FSS等小型化结构层出不穷,而FSS和有源器件相结合达到可电控目的研究也方兴未艾。
后来,许多学者用新的算法对FSS进行分析和优化设计。总而言之,FSS分析方法大体上可分为两个大类,一类是用近似的方法,包括等效电路方法和变分方法。第二类是用严格的全波技术,全波技术是伴随着科学计算方法和计算机技术的发展而形成的,能够有效并且精确地分析求解许多复杂单元形式的EFIE(孔径型FSS的电场积分方程)和MFIE(贴片型FSS的磁场积分方程)的技术。针对不同的问题,又可以形成不同的分析求解方法。如建立于模匹配法、平面波展开法基础上的Galerkin法;迭代法、迭代法和共扼梯度的混合方法;有限元法(FEM)谱域Galerkin方法;时域有限差分法(FDTD);谱域方法、谱域法和抽样定理的混合方法;离散傅利叶变换(DFT)方法;等等。
除此之外,目前,市场上大多数的EDA软件都提供频率选择表面的设计功能,例如Ansoft公司的Designer Planer EM软件就可以进行平面FSS的设计,HFSS则可以进行三文频率选择表面的分析和设计。
与此同时,国内的侯新宇等科学家采用模匹配法分析研究了多层介质衬底的频率选择表面的频率响应技术。章文勋教授也在新型全集成毫米波高增益宽频带天线研究中提及到FSS的机械可调性研究,并且进行了理论上的分析。冯林等教授针对频率选择表面在雷达天线中的应用进行分析和研究,其主要是研究低RCS天线技术。
到目前为止,人们对FSS的研究多停留在平面FSS的基础上,对曲面FSS特性的研究鲜有报道,尽管B.A.Munk曾在他的著作中有所提及,并且已作出实质性的研究突破,但是由于一些商业和军事上的原因,此结果不能公布于众,仅在其著作中一提而过。国内目前也一直在探寻曲面FSS建模和仿真的方法,但大多没有成功。 频率选择表面的历史和研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_21445.html
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