频率选择表面（FrequencySelective Surfaces，FSS）是一种二维周期性阵列结构，可以对电磁波进行选择，对电磁波具有良好的频率选择性，经常被用作空间滤波器。传统的频率选择表面周期单元包括贴片型和缝隙型两种。如果要设计呈现带通的滤波特性，则一般需要应用缝隙单元来实现。若要设计带阻滤波器，则采用在介质表面周期性的标贴金属贴片单元来实现。

贴片型频率选择表面对于某一特定频率的电磁波而言，只要当该频率的电磁波入射，就会产生谐振现象，该特定电磁波频率称为谐振频率。产生谐振之后的贴片型FSS表现出全反射特性。而当入射的电磁波频率不是谐振频率时，此时的金属贴片对于电磁波而言就是透明的，即贴片型FSS对非谐振频率的电磁波表现出全透射性。所以贴片型FSS对电磁波具有带阻滤波的特性。

本次设计主要目的是学习频率选择表面的基本概念，发展历史和应用，理解带阻型FSS的滤波特性，并且尝试利用CST仿真设计X波段带阻型频率选择表面。

自从二十世纪六十年代开始，关于周期表面的研究就已经展开了，西方国家的研究者们对于频率选择表面的研究不断深入，提出了多种不同的FSS分析方法。俄亥俄州立大学的B.A.Munk教授利用周期矩量法宏观而非微观的去解决问题，深入研究频率选择表面的基本理论和应用，取得了令人惊奇的结果。B.A.Munk等人根据模匹配法，发表了“一种流线形金属雷达天线罩”，研究出第一个含有FSS的金属雷达天线罩，二十世纪八十年代初期被广泛运用于飞机的隐身技术。而且B.A.Munk的著作《Frequency SelectiveSurfaces》代表了对频率选择表面的实际理解的缩影，是后来者研究必读之本。在二十世纪九十年代，美国利用谱域法研究了用于卫星通信的多波段频率选择表面。二十一世纪初期，K.Sarabandi研究团队结合等效电路分析方法，设计了多种耦合型频率选择表面，在设计具有平坦通带和陡峭下降以及具有宽的带外抑制特性方面，基于基片集成波导技术的FSS和三维FSS都起到了非常显著的成效。

我国对于FSS的研究起步较晚，在二十世纪末才逐步开始对频率选择表面的研究，但也取得了一些进展。2005年北京航空航天大学的武哲等人发现相比于单层结构，双层结构能够利用层间电磁场耦合修正频率响应曲线。唐光明等证实每层FSS都可以附带不同介电常数的介质衬底，也可嵌在多层介质内部。2009年强海霞等研究了一种旋绕双方环的频率选择表面。2010年哈尔滨工业大学杨国辉等人提出了一种小型化带阻FSS新单元。2012年兰州理工大学朱鹏刚等将六边形环FSS单元植入到多层吸波结构中组成复合吸波结构，通过改变FSS单元在复合吸波结构中的位置以及厚度从而改善吸波结构的吸波性能。同年，北京航空航天大学的胡晓晴等利用带通滤波器的原理为双层FSS建立传输线等效模型，确定了层间最佳距离。

目前，关于FSS的设计和理论以及仿真计算已取得了一系列成果，但是还需要继续研究，对频率选择表面的理论的研究和实验工作还要继续深化，使频率选择表面能够有更广泛的应用。

2. 研究的基本内容与方案

频率选择表面在电磁频谱的各个波段都有着广泛的应用，尤其在微波天线和雷达罩的设计方面。FSS能够较好的控制电磁波的传输和散射，使得入射电磁波在谐振频率处发生全反射或者全透射。在军事领域被广泛应用于微波，红外直至可见光波段。FSS的传输特性主要取决于周期单元的形状和尺寸，同时也受单元周期性和排列方式的影响。本次设计的主要内容就是查阅相关资料，学习了解频率选择表面的相关知识以及带阻频率选择表面的滤波特性，对前人已有的研究进行学习并且能够以前人经验为基础，建立出一个合适的X波段带阻频率选择表面几何模型，并且实现用CST进行仿真计算，观察各种参数对结果的影响。

本次设计拟借助CST进行FSS的仿真设计。首先查阅相关文献、CST的使用教程、关于频率选择表面设计的辅导书等，了解如何运用CST进行FSS的建模。其次，以参考书中的教程为辅助，能够建立出一个预期的模型，并且修改参数观察影响。最后，在前人基础上能够利用CST建立出一个合适的X波段带阻频率选择表面。

[1]历园园.小型化频率选择表面及其应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2018.

[2]邬洁.带阻型频率选择表面的仿真分析[D].济南：山东大学,2012.