摘 要

频率选择表面（FSS）是一种二维周期性阵列结构，FSS能够对接收到的电磁波频率进行选择，就其本质而言是一个空间滤波器,与电磁波相互作用表现出明显的带通或带阻的滤波特性，因此经常被人们应用为空间滤波器，FSS根据频率选择功能能够划分为高通、低通、带通和带阻四类。目前，世界上的FSS技术已经应用于民用、军用各个方面。

当然，对于FSS的理论分析方法有多种，本文所使用的求解方法是谱域法，因为谱域法的计算量比较小，可以仿真各种形状各种介质的FSS，仿真结果也较为精确，所以本文采用的主要是谱域法。

本文中主要利用HFSS仿真设计了一种带阻FSS单元，在理论的分析之后利用HFSS软件进行了一款新型带阻型频率选择表面模型的构建和仿真分析，并且在其他参数不变的情况下依次通过单独的改变介质层厚度、介质介电常数、FSS单元尺寸大小的方法分析仿真结构，从而分析出介质层厚度、介质介电常数、FSS单元尺寸大小对频率选择表面中心频率的影响。

关键词：频率选择表面；滤波器；谱域法

Abstract

The frequency selective surface (FSS) is a two-dimensional periodic array structure. The FSS can select the frequency of the received electromagnetic wave, which is essentially a spatial filter. The interaction with electromagnetic waves shows obvious band-pass or band. Because of the filtering characteristics of the impedance, it is often used as a spatial filter. FSS can be divided into four types of high-pass, low-pass, band-pass, and band-stop according to the frequency selection function. At present, the world's FSS technology has been applied to civilian and military aspects.

Of course, there are many methods for FSS theoretical analysis in this paper, the solving method is used by spectral domain method, because of the relatively small amount of calculation of spectral domain method, the simulation of various shapes can be all kinds of medium of FSS, the simulation results are accurate, so this paper mainly by spectral domain method.

Main using HFSS simulation in this paper we design a band stop FSS unit, using HFSS software was carried out after the analysis of the theory of a new type band-stop frequency selective surface model building and simulation analysis, and in the case of other parameters constant in turn by the changes of single dielectric layer thickness, dielectric , FSS cell size of the methods to analyze the simulation structure, so as to analyze the dielectric layer thickness, dielectric , FSS cell size of the influence of frequency selective surface center frequency.

Key words: frequency selection surface; Filter; Spectral domain method

目 录

第一章 绪论 1

1.1 频率选择表面的基本概念 1

1.2 频率选择表面的历史和发展 1

1.3 频率选择表面现实用途 2

1.4 研究过程及论文结构 2

第二章 FSS的基本理论与研究方法 4

2.1 FSS的基本结构 4

2.2 FSS常见的研究方法 4

2.2.1 近似分析法 5

2.2.2 全波分析方法 5

2.2.3 时域有限差分法（FDTD） 5

2.3 计算机仿真软件 6

第三章 谱域法 7

3.1 麦克斯韦方程组 7

3.2 Floquet定理 7

3.3 贴片类型FSS的谱域散射公式 8

3.4 金属槽型结构FSS的谱域法求解 10

3.5 Galerkin法求解算子方程 11

3.6 基函数的选取 12

3.7 本章小结 12

第四章 带阻型频率选择表面的仿真设计 14

4.1 频率选择表面(FSS)的设计 14

4.2 新型带阻型FSS设计的过程 14

4.3 分析各种参数对FSS中心频率的影响 18

4.3.1 圆环内径对FSS中心频率的影响 18

4.3.2 圆环的外径对FSS的中心频率的影响 19

4.3.3 介质层厚度的变化对于FSS中心频率的影响 21

4.3.4 介质的介电常数的改变对于FSS中心频率的影响 22

4.4 最终所确定的参数和FSS仿真结果 23

第五章 总结 25

参考文献 26

致 谢 27

1. 绪论

频率选择表面的研究开始于上个世纪六十年代初，在1961年发表的《天线的回波面积》一书中，第一次系统的提出了频率选择表面（FSS）的概念。

本章的主要内容就是简述了频率选择表面(FSS)的一些基本概念，发展过程，实际应用和研究意义，滤波，论文的结构思路。

1.1 频率选择表面的基本概念

频率选择表面（Frequency Selective Surfaces，又可以叫做FSS),频率选择表面是一种二维周期阵列结构，频率选择表面它本身不能吸收能量，但是在某种条件下可以有滤波的作用^[1]。图1.1给出了几种典型的FSS结构图。