[发明专利]柱面频率选择表面电磁散射特性的获得方法

说明书

技术领域

本发明属于柱面频率选择表面电磁散射特性获得方法技术领域。

背景技术

频率选择表面FrequencySelectiveSurface,FSS是一种单层或多层的周期结构，一般 由金属贴片或金属屏上的孔径单元按照一定的规律排列形成。作为一种空间滤波器，FSS 对不同频率、不同入射角和极化方式的电磁波呈现不同的散射特性，从而可以有效地控制 电磁波的透射和反射。当入射波的频率在孔径单元或贴片单元的谐振频率附近时,将呈现 出全反射或全透射的特性。FSS可用作天线罩、多频反射面天线、极化器以及波导滤波器 等，广泛应用于通信领域电子设备中。至今对FSS的理论研究大都建立在平面无限大的 基础上，而实际应用中，频率选择表面常需要诸如同雷达天线等结构做共形处理，会变成 有限大、曲面的结构。但是由于是曲面的形状，破坏了原来平面所固有的周期结构，电磁 波照射在FSS上时可以看做是平面多角度入射的复合情况，改变了谐振特性，也会导致 极化稳定性和角度稳定性变差，交叉极化瓣和副瓣电平变高的现象，使问题的分析变得相 对复杂，针对无限大的平面结构FSS的理论也将不再适用。

Floquet定理指出，当平面波照射均匀在无限大周期结构阵列时，阵列结构的周期性 将导致它附近的场的幅值分布具有同样的周期性，但平面波斜入射时有规律的相位差，这 在时域则会表现为有规律的延时。此时的数学表示式为：

式中为沿X轴周期变化的周期系统中任意一点的场，D_x为单元周期,传播常数γ的值由波的传输模式决定。由于受周期性边界条件影响，会存在一系列的空间谐波，所以全部谐波场的叠加才会满足周期边界条件。

Floquet定理为周期结构中传输电磁波的现象做理论上的阐述，很好得适用于FSS平 面无限大的情况，是分析FSS的重要的基本理论，然而对于现实中所采用的曲面FSS来 说已然不满足定理所描述的周期条件，曲面结构已经破坏了原有的周期性，平面波入射情 况将变为多角度入射波的耦合问题，并且还需考虑曲面结构带来的边缘绕射效应等因素。 所以严格上来讲不能完全套用该定理来对曲面FSS进行分析。

发明内容

本发明的目的是获得柱面频率选择表面电磁散射特性，为了解决现有的Floquet定理 对柱面频率选择表面的特性研究不准确的问题，提出了一种柱面频率选择表面电磁散射特 性的分析方法。

本发明所述柱柱面频率选择表面电磁散射特性的获取方法，该方法针对柱面频率选择 表面结构的电磁散射特性进行分析的，柱面频率选择表面结构，它包括金属板1和厚度为 dmm的介质层3，所述介质层3的介电常数为ε_r，磁导率为1；所述金属板1的表面按矩 形栅格形状刻满有通孔2，所述通孔2的形状为Y形，每两个相邻的Y形孔沿柱表面的 间距均为40mm，金属板1按照柱面的曲率半径为P弯曲，介质层3贴合在金属板1的内 侧；d、ε_r、P均为正数；

该方法的具体过程为：

采用基于时域有限差分算法的电磁仿真软件对空间中均匀平面波垂直照射在曲面 FSS结构的情况进行仿真计算，获得反映曲面FSS电磁透射特性和反射特性的S参量曲 线，S21表电磁波的透射系数；

当柱面频率选择表面结构的介质层3厚度为d、介电常数为ε_r和Y形孔结构的尺寸 均保持不变，金属板1的曲率半径为160mm、200mm、300mm和800mm时；

采用基于时域有限差分算法的电磁仿真软件对空间中均匀平面波分别垂直照射在当 柱面频率选择表面结构的介质层3厚度为d、介电常数为ε_r和Y形孔结构的尺寸均保持 不变，金属板1的曲率半径为160mm、200mm、300mm和800mm时的柱面频率选择表 面进行仿真计算，并获得4条仿真曲线，

对比金属板1的曲率半径分别为160mm、200mm、300mm和800mm的柱面频率选 择表面结构传输特性参数的曲线；

当柱面金属板1曲率半径由160mm逐步变为平面时，随着金属板1的曲率半径增加 为200mm、300mm和800mm，中心频带的透过率随之提高，传输特性参数曲线变得平滑， 带外震荡明显减小，谐振的中心频点也随之偏移；