近年来,频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)作为空间滤波器,被广泛应用于雷达天线罩、天线副反射器、吸波体以及电磁屏蔽等。由于其独特的滤波特性,越来越受到研究人员的关注。相比于二维FSS来说,三维(Three-Dimensional,3D)FSS具有更大的设计自由度,在单元结构中可以构建多个谐振模式,由此产生多个传输零极点,从而提高FSS的性能。本文提出了三种新型的三维单元结构,并以此为基础设计了一系列具有双极化、高选择性、良好的角度稳定性以及较小的电尺寸等优势的3D FSS。具体研究内容如下:1.提出了一种由上下端面刻蚀相同谐振单元的介质方块和方波导组合而成的新型三维单元结构。借助上下端面谐振单元之间的电磁耦合作用,将原有谐振单元的单一谐振模式耦合分裂为奇模和偶模两种模式,产生了多个传输零极点,由此设计了一系列高性能的3D FSS。通过在介质方块的上下端面加载正方形贴片、方环、双方环、三方环谐振单元,分别设计了宽频带通FSS、准椭圆响应带通FSS、小通带比双频带通FSS和高选择性三频带通FSS。在上下端面加载方环的单元结构基础上,通过在介质方块中间层加载同心方环,分别设计了三阶带通3D FSS和多层互补三频带通3D FSS。运用等效电路模型对上述FSS的工作原理进行了分析,并研究了结构参数的变化对FSS性能的影响。最后,对准椭圆响应带通FSS、三阶带通FSS和小通带比双频带通FSS三个实物进行了加工、组装和实验测试。2.提出了一种由改进型方同轴波导(Square Coaxial Waveguide,SCW)路径和平行板路径(Parallel Plate Waveguide,PPW)组合而成的新型三维单元结构。首先,分析了新型单元结构的演变过程,并以此为基础设计和仿真了一个具有准椭圆响应的带通3D FSS。为了说明其工作原理,对传输零极点处的电场矢量分布进行了分析。其次,在提出的单元结构基础上,通过在PPW路径中间位置加载金属化过孔,设计和仿真了一个双频带通3D FSS,并通过分析传输零极点处的电场矢量分布解释了其工作原理。此外,借助多层嵌套设计思想,在提出的单元结构中嵌套一个改进型SCW路径,设计和实现了一个具有小通带比的双频带通3D FSS,并结合传输零极点处的电场矢量图和等效电路模型,对其工作原理进行了分析,同时,探讨了结构参数的变化对谐振频率的影响,最后,对该FSS进行了实物加工和实验测试。3.提出了一种由分裂方同轴波导(Split Square Coaxial Waveguide,SSCW)路径和PPW路径组合而成的新型三维单元结构。首先,分析了SSCW路径的特性,并运用提出的单元结构设计和实现了一个具有双边陡降特性的带通3D FSS,通过传输零极点处的电场矢量图分析了该FSS的工作原理,同时研究了结构参数的变化对FSS性能的影响,最后,进行了实物加工和实验测试。其次,借助多层嵌套设计思想,在提出的单元结构中嵌套一个SSCW路径,设计和仿真了具有高选择性的双频带通3D FSS。通过分析传输零极点的电场矢量分布,阐明了其工作原理。同时还分析了结构参数的变化对FSS性能的影响。此外,在提出的单元结构中嵌套两个SSCW路径,设计和仿真了一个具有高选择性的三频带通3D FSS,同时对由嵌套的最里层SSCW路径产生的传输零极点处的电场矢量分布进行了分析。