摘 要

频率选择表面是周期阵列结构，具有滤波作用，可作为空间滤波器，有着十分广泛的应用。在卫星通信中可以用作副反射，有效地提高系统利用率。也可以用作飞机的雷达天线罩，能够减小雷达散射截面。由于现阶段需求的提升，需要容纳更多信道，所以频率选择表面要具有更宽的宽带。因此本课题目标为设计一款宽通带频率选择表面。

本文简要介绍了频率选择表面的数值计算方法——矩量法，和理论分析方法——模式匹配法，并且详细介绍了频率选择表面的参数计算理论和计算过程。完成参数计算后，对圆环缝隙单元和四腿缝隙单元两种常见结构进行仿真设计，并且对参数进行了优化，最终得到合适中心频率和相对带宽的两种结构的频率选择表面。

文章重点是对两种结构的频率选择表面进行了对比分析，在改变入射波入射角、介质衬底厚度和介电常数的情况下，观察两种结构的频率选择表面电磁仿真结果的稳定性。最后分析总结两结构的优缺点。

通过对频率选择表面参数的分析计算，以及电磁仿真优化，设计了两种结构的频率选择表面。具有相对带宽较宽和中心频率较高的特点，具有很好的应用前景。

关键词：频率选择表面；宽通带；电磁仿真；矩量法

Abstract

The frequency selective surfaces has a periodic array structure,which is a spatial filter with a wide range of applications.In satellite communication,it can be used as a secondary reflection to effectively improve system utilization.It can also be used as an radome for airplain,which can reduce the RCS.Because the demand has increased,at the present stage the frequency selective surfaces will have wider bandwidth to accommodate more channels.So this topic aims to design a wide passband frequency selective surfaces.

This article briely introduced the numerical calculation method of frequency selection surfaces-the method of moments,and the theoretical analysis method-pattern matching method,and introduced the theory and calculation process of frequency selection surfaces’ parameters in detail.After the parameters calculation,I designed the two common structures of the ring gap unit and the four-leg gap unit,and then optimized parameters. Eventually get the two structures of frequency selective surfaces,which have appropriate center frequency and relative bandwidth.

The key point of the article is that I compared the two structures of frequency selective surfaces. In the case of changing the incident angle of the incident wave,the thickness of the dielectric substrate and the dielectric constant,observe the stability of two structures of frequency selective surfaces.At last,summarized the advantages and disadvantages of the two structures

Based on the analysis and calculation of the frequency selective surface parameters and the optimization of the electromagnetic simulation, the frequency selection surfaces of the two structures are designed.Which has the characteristics of wide relative bandwidth and high center frequency,and has a good application prospect.

Key Words：frequency selective surfaces；wide passband；electromagnetic simulation；method of moments

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题研究内容和预期目标 2

第2章 频率选择表面的基本理论 4

2.1 矩量法 4

2.2 模式匹配法 5

2.3 仿真所需参数的计算 8

2.3.1 圆环半径 8

2.3.2 矩形栅格间距 9

2.3.3 介质衬底厚度 9

2.4 栅瓣及对其有影响的参数 10

第3章 频率选择表面的仿真 11

3.1 仿真过程 11

3.1.1 圆环缝隙单元的仿真 11

3.1.2 四腿缝隙单元的仿真 14

3.2 边界条件的设置 17

第4章 结果分析及结论 19

4.1 计算相对带宽 19

4.2 入射角改变对S21曲线的影响 19

4.3 介质衬底厚度变化对中心频率的影响 21

4.4 介电常数变化对S21参数曲线的影响 23

4.5 两种结构频率选择表面的对比结论 25

第5章 总结与展望 26

5.1 成果与应用前景 26

5.2 学习和设计过程的收获 26

5.3 对未来学习的展望 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 研究背景

通过国内的军事演习和国外的一些战争影像资料可以看出，雷达逐渐成为战争的千里眼，战争双方都会通过雷达发现目标，并精确制导，利用导弹对目标进行摧毁。想要实现战机的隐身，重点在实现其雷达天线系统的隐身，因此减小雷达散射截面雷达隐身技术应运而生。

现代战争中，双方首先会抢夺制空权，以便在空中向对方进行压制，实现水陆空3D作战。战斗机被称为长空利剑，是决定战争胜败的关键。也正因为这样，战斗机会成为敌方攻击的首要目标。敌方会通过雷达发现我方战机，然后使用地对空导弹进行打击。敌方也会派出战机，通过机载雷达发现我方战机，使用空对空导弹进行摧毁。所以战斗机的隐身技术非常重要，而雷达天线罩隐身技术是现代的主流技术。

频率选择表面作为雷达天线罩，具有良好的频带效果，能够保证知道频带的己方雷达，在频带内发射的电磁波能够正常传输，而不知道天线罩频带的敌方雷达发射的电磁波被天线罩反射，降低了雷达散射截面^[1]。使用雷达天线罩还有一个有点，就是可以增强雷达的机械强度，使战斗机可以适应更多的作战环境。

卫星通信是现代通信技术的核心，在国防现代化建设和社会经济发展中起到了非常重要的作用。随着计算机网络的的进一步发展和大数据时代的到来，卫星通信将在国家和社会的发展中起到更加重要的作用^[2]。当前，全球一体化的呼声越来越高，国际社会也在进一步推进一体化进程。在这样的国际环境下，全球文化交流将会进一步加强。全球广播卫星电视是一种非常普及且高效的文化交流方式，例如，在美国举行的NBA现场直播，可以通过卫星通信，在中国进行实况转播，将美国的篮球文化传播到中国。中国的《舌尖上的中国》节目也可以通过卫星通信，在美国进行电视转播，让美国人学习中国的饮食文化。