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吸波/透波一体化频率选择表面(Absorptive/Transmissive Frequency Selective Surface,ATFSS)是一种具有带外吸波和带内透波特性的多层复合周期结构,一般由有耗的阻抗表面层和无耗的带通FSS层组成。良好的ATFSS设计是一种低插损电磁窗,核心在于满足吸波和透波阻抗条件的阻抗表面层的设计。ATFSS的带外吸波特性能够降低全方位的电磁散射,应用在隐身天线罩时可以实现全空域的雷达散射截面(RCS)减缩,在天线隐身技术领域具有重要的理论与应用价值。
本文首先建立了基于网络和传输线理论的ATFSS等效电路分析方法。将三维空间中的多层复合ATFSS结构与二端口传输线网络的元件进行了一一等效,将自由空间和支撑、匹配介质夹层等效为传输线,将各层周期结构等效为传输线上并联的阻抗负载。提出了周期结构的等效表面阻抗提取方法。根据这些理论,推导了分别实现吸波和透波的阻抗条件,对不同类型的ATFSS建立了有效的等效电路模型并验证了其可行性。
提出基于带线型并联LC谐振(PLC)结构的高频透波/低频吸波ATFSS(HT-ATFSS)设计。通过在阻抗表面单元中加载谐振在高频透波频带的PLC结构,可以控制阻抗表面单元上的感应电流分布:在PLC的谐振频率处,其谐振阻抗为无穷大,将阻抗表面单元分割为几个电流互不连通的短截,保证各短截尺寸远小于透波频带波长(<λh/3)则入射波能以低插损透过;在低频段,PLC结构仅表现出感性,整个阻抗表面单元产生串联谐振和吸收。提出采用多个PLC结构级联实现吸波带宽的拓展方法。
研究了具有宽带透波特性的HT-ATFSS设计方法。宽带ATFSS设计要求其阻抗表面层和带通FSS层都具有宽带低插损透波特性,关键在于具有宽带低插损电磁窗的阻抗表面层设计。为了在宽频带内实现较好透波性能的阻抗表面,要求PLC结构应具有尽可能大的等效电感。提出了一种基于带线型螺旋线电感的螺旋谐振结构,并引入到电阻加载的金属六边形环单元中,实现了具有宽带透波窗口的阻抗表面设计。带通FSS采用三层缝隙耦合谐振结构实现宽带透波。该HT-ATFSS设计具有高频宽带透波和低频宽带吸波特性。
研究了中频透波/两侧吸波ATFSS(MT-ATFSS)设计方法。分析了MT-ATFSS的阻抗表面应满足的等效阻抗条件,设计了满足该阻抗条件的基于交指谐振结构的阻抗表面单元,分析了带通FSS作为接地面时与金属接地面的反射相位差异对两侧吸波性能的影响。实现了单极化和任意极化的MT-ATFSS结构设计。所有ATFSS设计都通过仿真和测试验证了其带外吸波和带内透波特性。
本文首先建立了基于网络和传输线理论的ATFSS等效电路分析方法。将三维空间中的多层复合ATFSS结构与二端口传输线网络的元件进行了一一等效,将自由空间和支撑、匹配介质夹层等效为传输线,将各层周期结构等效为传输线上并联的阻抗负载。提出了周期结构的等效表面阻抗提取方法。根据这些理论,推导了分别实现吸波和透波的阻抗条件,对不同类型的ATFSS建立了有效的等效电路模型并验证了其可行性。
提出基于带线型并联LC谐振(PLC)结构的高频透波/低频吸波ATFSS(HT-ATFSS)设计。通过在阻抗表面单元中加载谐振在高频透波频带的PLC结构,可以控制阻抗表面单元上的感应电流分布:在PLC的谐振频率处,其谐振阻抗为无穷大,将阻抗表面单元分割为几个电流互不连通的短截,保证各短截尺寸远小于透波频带波长(<λh/3)则入射波能以低插损透过;在低频段,PLC结构仅表现出感性,整个阻抗表面单元产生串联谐振和吸收。提出采用多个PLC结构级联实现吸波带宽的拓展方法。
研究了具有宽带透波特性的HT-ATFSS设计方法。宽带ATFSS设计要求其阻抗表面层和带通FSS层都具有宽带低插损透波特性,关键在于具有宽带低插损电磁窗的阻抗表面层设计。为了在宽频带内实现较好透波性能的阻抗表面,要求PLC结构应具有尽可能大的等效电感。提出了一种基于带线型螺旋线电感的螺旋谐振结构,并引入到电阻加载的金属六边形环单元中,实现了具有宽带透波窗口的阻抗表面设计。带通FSS采用三层缝隙耦合谐振结构实现宽带透波。该HT-ATFSS设计具有高频宽带透波和低频宽带吸波特性。
研究了中频透波/两侧吸波ATFSS(MT-ATFSS)设计方法。分析了MT-ATFSS的阻抗表面应满足的等效阻抗条件,设计了满足该阻抗条件的基于交指谐振结构的阻抗表面单元,分析了带通FSS作为接地面时与金属接地面的反射相位差异对两侧吸波性能的影响。实现了单极化和任意极化的MT-ATFSS结构设计。所有ATFSS设计都通过仿真和测试验证了其带外吸波和带内透波特性。