[发明专利]低通高阻型广义频率选择表面

说明书

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于微波和光学领域的广义频率选择表面。频率选择表面(Fss)在微波系统中有着广泛的应用，例如可以用作滤波器，以及雷达罩的雷达散射截面控制等。

背景技术

频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是一种二维周期阵列结构。FSS具有二向色性，是由无源谐振单元（金属贴片或孔径）按一定的排列方式组成的单层或多层周期性阵列结构。其频率选择性源于其周期性结构与电磁波的相互作用。当入射波的频率接近贴片或孔径的谐振频率点时，FSS表现出对入射波全反射或全透射特性。FSS与电磁波相互作用表现出明显的带通(孔径型单元)或带阻(贴片型单元)的滤波特性。理论上频率选择表面是无限大的周期阵列结构,实际应用时对FSS的单元数量都有一定的限制，一般不少于20×20。因此,对于FSS单元面积的小型化就非常具有实用意义。通过减小单元尺寸使得单位面积中能够排列更多数量的单元,因而其整体就能够更好地复现无限大周期时FSS的特性。目前在FSS小型化上已经有许多不同的方法被提出。零厚度阵单元组成的FSS的带宽较窄。为了能在较宽的频带内获得良好的频率选择性能,通常采用多层零厚度阵单元组成的FSS层叠在一起,每层之间具有一定的间隔,并填充介质。介质加载多层FSS的结构虽然可以实现宽频带特性,但多层周期阵列的层叠导致结构复杂,而且还会丧失周期阵列剖面低的优点,不利于与其它器件合成。此外,介质加载多层零厚度FSS形成的结构的机械性能也差。 与零厚度阵单元组成的FSS相比,具有一定厚度的阵单元组成的FSS的频带较宽,近年来引起越来越多的研究者们关注。在某些场合,这种非零厚度阵单元组成的FSS完全可以代替多层零厚度的FSS。

FSS技术在国内的研究起步较晚。早在六十年代国外就开展了FSS的研究,目前已具有较为系统的理论。多层介质加载频率选择表面的反射系数，把入射场分解成对于入射平面而言的垂直极化分量和平行极化分量,采用散射场的切向分量表示平行极化波和垂直极化波入射时所对应的反射场。传统的频率选择表面，是通过对单元形状和介质基片的设计，采用单层或者多层结构，在期望的频带内实现带通或者带阻特性。虽然频率选择表面的研究与应用已有一段时间，但是频率选择表面仍有以下难点未能解决：在实际应用中，频率选择表面非常薄，机械性能较差，频率选择特性设计难度较大；利用传统的FSS达到同频带相似的频率选择特性时，可能需要设计两层、甚至多层的频率选择表面，其频率选择特性受加工制作精度的影响较大，不易控制，在更高频段还会出现高频谐振点，破坏所需的频率选择特性。频率选择表面的三维曲面化困难。在对传统FSS曲面化时，涉及到曲面上单元的设计，入射波的角度及极化对曲面频率选择表面的影响，加工精度要求高，设计困难等，很难保证其频率选择特性。

我国对频率选择表面的分析研究与国外存在较大的差距，仅仅限于几种特殊的结构单元，鲜有对于特殊形状结构或者多层介质频率选择表面的电磁响应特性研究。随着航空航天技术的快速发展，用频率选择表面结构实现天线的多频复用以及设计雷达天线罩，渐渐为国内的学者重视。在频率选择表面理论分析和工程应用方面也作了大量的研究工作，并取得了一定的成果。

发明内容

本发明的目的是针对现有FSS技术存在的不足之处，提出一种能够减小频率选择特性设计难度和三维曲面化困难，并能降低频率选择表面加工难度的低通高阻型广义频率选择表面。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种低通高阻型广义频率选择表面，包括，位于最下一层，具有一定透波率的支撑结构，其特征在于，在所述支撑结构的外形表面上，均匀喷涂有0.2mm～0.9mm范围内一定厚度的涂覆型材料，不同频段的低通高阻型的频率选择特性由0.2mm～0.9mm范围内涂覆型材料的不同厚度实现。

本发明相比于现有技术具有如下有益结果：

1.本发明采用 广义散射矩阵理论(GSM)基于谱域矩量法。把每一层FSS作为单独的模块，根据谐波耦合将Floquet谐波参量转换成广义散射矩阵，应用网络级联理论得到总的广义散射矩阵。采用在具有一定透波率的支撑结构表面上，均匀喷涂有一定厚度的涂覆型材料，利用涂覆型材料的不同厚度实现不同频段的低通高阻型的频率选择特性。用满足一定透波率的介质，或者是满足一定透波率的频率选择表面支撑结构，设计具有低通高阻型频率选择特性的广义频率选择表面。使用涂覆材料实现不同频段的低通高阻型频率选择特性仅需调整涂覆材料的喷涂厚度，受喷涂均匀性影响很小。