摘 要

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2 FEM有限元法的基本原理 1

1.3有限元法的国内外研究现状及其发展趋势 1

第2章 频率选择表面的概述 3

2.1频率选择表面的分类 3

2.2频率选择表面的滤波原理 4

2.2.1贴片型频率选择表面的滤波机理 4

2.2.2开槽型频率选择表面的滤波机理 5

2.2.3贴片型与开槽型频率选择表面的关系 6

2.3 频率选择表面的起源 6

2.4频率选择表面FSS的研究与应用现状 7

2.5 FSS设计的发展趋势 7

2.5.1可调谐的FSS 8

2.5.2有源FSS 8

2.5.3小型化FSS 9

2.6 FSS的应用与展望 9

2.7 频率选择表面的分析方法 9

2.7.1等效电路法 10

2.7.2模展开法 10

2.7.3谱域法 11

2.7.4神经网络算法和遗传算法 11

第3章FEKO软件的概况及功能 13

3.1 FEKO软件的概述 13

3.2 FEKO软件的使用流程及操作方法 13

3.2.1 CADFEKO功能介绍 13

3.2.2 POSTFEKO功能介绍 14

3.2.3 EDITFEKO功能介绍 14

3.3 FEKO的技术特点 14

3.3.1 多层快速多极子 14

3.3.2高效并行技术 15

3.3.3单站RCS快速收敛技术 15

3.3.4非辐射网络与天线的联合仿真 15

3.3.5 GPU加速 15

3.3.6风窗天线模拟和CMA技术 16

3.4 FEKO软件的主要应用 16

第4章 频率选择表面的设计与仿真 17

4.1贴片型频率选择表面设计与分析 17

4.2开槽型频率选择表面的设计与分析 18

第5章 频率选择表面的仿真与分析 20

5.1频率选择表面仿真与分析流程 20

5.2贴片型FSS反射系数与频率的仿真与分析 20

5.3贴片型FSS透射系数与频率的仿真与分析 21

5.4开槽型FSS反射系数与频率的仿真与分析 22

5.5开槽型FSS透射系数与频率的仿真与分析 23

5.6两种频率选择表面的对比分析 24

第6章 总结与展望 25

致谢 26

参考文献 27

摘要

FEM是Finite Element Method的缩写，其中文名称是有限元法。最初，有限元法在航天器材方面的应用十分广泛，解决了飞行器的结构设计中所遇到的一些难题，因其高效能、高效率被广泛地运用。从数学的角度来分析，有限元法其实是将一个大的系统或整体进行分割处理，最终得到一系列有限的数目的小单元，并对这些小单元进行具体分析。这种方法中一个物体或系统被分解为多个相互联结的、简单的、独立的点组成的几何模型。

有限元法的相关软件有许多，诸如Abaqus、HFSS、FEKO软件等等。它们各有优劣以及其本身所适用的相关研究与分析领域，而FEKO软件与其他软件相比在电磁仿真相关领域的分析方面优势突出，因此它非常受到学习者们的青睐。此外，FEKO软件在高频波段领域具有多种多样的算法。

本文我选择的是利用FEKO软件对频率选择表面进行设计与仿真。FEKO软件是由美国的EMSS公司发明创造出来的，其性能十分优越。在各种电子器件、微波技术分析、电磁学领域都具有十分广泛的应用。在对FSS的建模与仿真过程中，我首先利用FEKO里面的CADFEKO工具来建造自己想要的频率选择表面模型，等编译无误后可以将CADFEKO里创建好的模型导入POSTFEKO工具里面进行仿真，得到自己想要的仿真曲线图与仿真数据。在本设计中，我通过仿真得到想要的数据，然后将数据导入到Origin中进行曲线绘制，从曲线图中我们可以很直观地看到反射系数、透射系数随电磁波频率的变化而发生的一系列变化，从而总结出频率选择表面的频率特性。

关键词：FEM；FEKO；反射系数；透射系数；Origin

Abstract

FEM is Finite Element Method, whose Chinese name is Finite Element Method. The finite element method was originally used in the field of aeronautics and astronautics, mainly for calculating the structural strength of aircraft. However, with the rapid development and increasing popularity of computer technology, and finite element analysis method has been widely used in mathematics, engineering and other scientific and technical fields in recent years, because of its high efficiency and high efficiency has been widely used. In essence, it is a kind of discretization process to divide a continuous aggregate into a set of finite units. In this method, an object or system is decomposed into geometric models of interconnected, simple, independent points. In this method the number of these independent points is finite, so it is called the finite element method.

There is so much software related to finite element method, such as Abaqus, HFSS, FEKO software and so on. Each of them has advantages and disadvantages as well as its own applicable research and analysis fields. Compared with other software, FEKO software has outstanding advantages in the analysis of electromagnetic simulation related fields, so it is very popular among learners. In addition, FEKO software has a variety of algorithms in the high-frequency band domain.

In this paper, FEKO software is used to design and simulate the frequency selection surface. FEKO software is a powerful 3 d full wave electromagnetic simulation software owned by EMSS. The software is mainly used in antenna analysis and design, biological electromagnetic -SAR, microwave circuit and rf devices and other related technical fields. In the design and simulation of the frequency selection surface, I used CADFEKO as the design modeling tool to build the desired frequency selection surface model. After compilation, I could import the model created in CADFEKO into the POSTFEKO tool for simulation and obtain the desired simulation curve and data. In this design, I obtained the data through simulation, then imported the data into Origin Lab for curve drawing, and finally obtained the change the relationship between the reflection coefficient and the transmission coefficient for frequency, and analyzed and obtained the frequency characteristics of the frequency selection surface.