具有雙頻段的十字形復合單元頻率選擇表面

張清 劉曉春 李天宇

摘 要：本文運用模式匹配技術，組合出一個新的十字形復合單元頻率選擇表面。該頻率選擇表面是由兩個尺寸不同的十字形單元構成。本文對其進行了一系列的理論分析，并通過運算得到其電場基函數，進而算出透射系數。希望可以為相關從業人員提出一些參考和建議，從而提高我國在FSS方面的研究水平。

關鍵詞：雙頻段；十字形復合單元；頻率選擇表面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.219

頻率選擇表面（Frequency Selective Surfaces，簡稱FSS）從本質上是一種二維周期陣列結構。而這種結構是由金屬屏上周期性的開孔單元或者周期性排列的金屬貼片單元構成。FSS通過以頻率函數的形式表現其傳輸特性以及反射特性。本文將兩個尺寸大小不一的十字形單元組合成一個十字形復合孔徑單元FSS，由于兩個單元的尺寸不同，將使FSS的中心頻率有所不同，從而呈現兩個頻段的透射特性。

1 通過運算求出FSS的投射系數

首先我們將開孔單元FSS的結構剖面圖展開，如上圖所示，該FSS具有一側介質加載的特征；其次利用Floquet模式將此截面中的介質區域場和空間自由場展開，并利用一組系數待定的正交模式將周期表面的電場展開；最后利用磁場橫向分量以及電場在周期表面上的連續性，得到一個積分方程，可以用來計算周期表面的未知電場。我們可以采用矩量法對這種積分方程進行求解。在進行運算之前首先需要選擇合理的電場展開基函數。這種基函數要符合該FSS十字形符合孔徑單元的特征。基函數展開公式如下所示。

。PX（0，L）PY（0，W），

。PX（0，W）PY（0，L），

q=0，1，2

PX（x0，D）=

Py（y0，D）=

十字形復合孔徑單元具有兩個十字形孔徑單元，我們將這五個十字形孔徑單元所對應的展開基函數進行矢量疊加，最后得到十字形復合孔徑單元的電場的展開基函數。進而我們對這種符合復合孔徑單元孔徑邊界條件的電場展開基函數進行一系列運算，從而求出未知電場，進而再求出其透射系數。

2 十字形復合開孔單元FSS具有兩個不同的通帶

如表1所示，我們根據對不同入射角對十字形復合單元FSS的頻率響應特征的分析可以發現，十字形復合單元頻率選擇表面具有兩個不同的通帶。通過對大小十字形孔徑單元的大小的改變以及位置的調節，可以改變兩個通帶的距離以及帶寬。

3 制備實驗件并進一步探究

以聚酯板和銅模為原材料，利用先進的光刻以及鍍膜技術，制備出符合條件的十字形復合開孔單元FSS，并對其進行深一步研究和測試。在微波暗室中利用矢量網絡分析儀等儀器進行測試分析并得到測試曲線，而測試曲線的特征顯示表明與我們的理論值是大致一樣的。

4 結語

本文通過理論分析和試驗件的制作與測試，得出了十字形復合單元頻率選擇表面具有雙頻段的結論。希望可以為從事FSS結構設計與加工的研究人員提供一些參考和建議，進而推進FSS在我國各個領域的廣泛應用，并以此提高我國航空、航天科技等領域的發展。

參考文獻：

[1]李小秋，盧俊，賈宏燕等.具有雙頻段的十字形復合單元頻率選擇表面[J].紅外與毫米波學報，2007（02）：146-148.

[2]魯戈舞，張劍，楊潔穎等.頻率選擇表面天線罩研究現狀與發展趨勢[J].物理學報，2013（19）：1-10.