頻率選擇表面簡介

頻率選擇表面綜述1濾波原理兩種類型：1貼片型（介質(zhì)型）在介質(zhì)表面周期性的標(biāo)貼同樣的金屬單元。濾波機理：假設(shè)電磁波入射從左向右入射到貼片型頻率選擇表面上。在平行于貼片方向的電場對電子產(chǎn)生作用力使其振蕩，從而在金屬表面上形成感應(yīng)電流。這個時候，入射電磁波的一部分能量轉(zhuǎn)化為維持電子振蕩狀態(tài)所需的動能，而另一部分的能力就透過金屬絲，繼續(xù)傳播。換言之，根據(jù)能量守恒定律，維持電子運動的能量就被電子吸收了。在某一頻率下，所有的入射電磁波能量都被轉(zhuǎn)移到電子的振蕩上，那么電子產(chǎn)生的附加散射場可以抵消金屬導(dǎo)線右側(cè)的電磁波的出射場，使得透射系數(shù)為零。此時，電子所產(chǎn)生的附加場同時也向金屬導(dǎo)線左側(cè)傳播,形成發(fā)射場。這種現(xiàn)象就是諧振現(xiàn)象，該頻率點成為諧振點。直觀的看，這個時候貼片型頻率選擇表面就成反射特性。再考慮另一種情況，入射波的頻率不是諧振頻率的時候，只有很少的能量用于維持電子做加速運動，大部分的能量都傳播到了貼片的右側(cè)。在這種情況下，貼片對于入射電磁波而言,是“透明”的，電磁波的能量可以全部傳播。這個時候，貼片型頻率選擇表面就成透射特性。一般而言，貼片類型是作為帶阻型濾波器的。等效電路：LC串聯(lián)

ktkt2開槽型（波導(dǎo)型）在金屬板上周期性的開一些金屬單元的槽孔。濾波機理：當(dāng)?shù)皖l電磁波照射開槽型頻率選擇表面時，將激發(fā)大范圍的電子移動，使得電子吸收大部分能量，且沿縫隙的感應(yīng)電流很小，導(dǎo)致透射系數(shù)比較小。隨著入射波頻率的不斷升高，這種電子移動的范圍將逐漸較小，沿縫隙流動的電流在不斷增加，從而透射系數(shù)會得到改善。當(dāng)入射電磁波的頻率達到一定值時，槽兩側(cè)的電子剛好在入射波電場矢量的驅(qū)動下來回移動，在縫隙周圍形成較大的感應(yīng)電流。由于電子吸收大量入射波的能量，同時也在向外輻射能量。運動的電子透過偶極子槽的縫隙向透射方向輻射電場，此時的偶極子槽陣列反射系數(shù)低，透射系數(shù)高。當(dāng)入射波頻率繼續(xù)升高時，將導(dǎo)致電子的運動范圍減小，在縫隙周圍的電流將分成若干段，電子透過槽縫隙輻射出去的電磁波減小，因此，透射系數(shù)降低。而對于在遠離縫隙的金屬板上所產(chǎn)生的感應(yīng)電流則向反射方向輻射電磁場，并且由于高頻電磁波的電場變化周期的限制了電子的運動，輻射能量有限。因此，當(dāng)高頻電磁波入射時，透射系數(shù)減小，反射系數(shù)增大。從頻率特性相應(yīng)上看，開槽型頻率選擇表面是帶通型頻率選擇表面。等效電路：LC并聯(lián)。

貼片類型和開槽類型頻率選擇表面的關(guān)系：在不考慮介質(zhì)的情況下，他們是互補的，可以看出開槽類型的頻率選擇表面與貼片型頻率選擇表面相比，開槽型頻率選擇表面具有相反的頻率響應(yīng)特性。在低于諧振頻率時，開槽類型的呈現(xiàn)感性電路特性；在高于諧振頻率是呈現(xiàn)容性電路特性。從等效電路方法的角度來看,開槽型頻率選擇表面可以表述為電容電感并聯(lián)的等效電路。在入射電磁波頻率為諧振頻率時，開槽型頻率選擇表面對諧振頻率的電磁波是'透明”的。而貼片類型的頻率選擇表面恰恰相反。介質(zhì)對諧振頻率的影響：如果無介質(zhì)的時候的諧振頻率是f,在兩側(cè)都有無窮厚的介質(zhì)的時候，諧振頻率變?yōu)樽I）怕5如果是單側(cè)有無窮厚介質(zhì)的話，諧振頻率為f/G_W）/2）嗆.5,所以在有限厚的介質(zhì)的情況下，諧振頻率f在［f/佗」＞05,f］或者是［f/（E_r+1l）/2fO5片諧振頻率：吝不產(chǎn)三波瓣效應(yīng)的時候，諧據(jù)頻率正比與單元結(jié)構(gòu)的周長口比例系數(shù)在0.6,?仁3不等，要看你單元是什么結(jié)構(gòu)的。波瓣效應(yīng)：按照幾何光學(xué)的理論，入射波和反射波關(guān)于法線是對稱的。但是在特定頻率和入射角的時候，在入射波所在的象限中會產(chǎn)生反射，同時在按照幾何光學(xué)的路徑上也會有反射。這個我實測過在反射帶內(nèi)，非幾何光學(xué)路徑上的能量是一4C1B,在幾何光學(xué)路徑上一3dB口，如果沒有波瓣效應(yīng)，非幾何光學(xué)路徑上的能呈是一在幾何光學(xué)路徑上一測試精度是0,05d不用按照左手材料的思路分析，小題大做了，用惠更斯原理就可以了。公式不好錄入，算了。3CST仿真選擇FSS選項，這個選項的特點是觸y都是單元邊界條件，zfi波矢量k的面t默認(rèn)設(shè)置是Floquet模式是2“波矢量是(0,0*1)從負(fù)半軸向正半軸畫你的單元結(jié)構(gòu)，一個單元結(jié)構(gòu)在xy方向都是正向沿拓的，不要在改設(shè)置了口如果不是要注意一個方向的周期是t/sin(thetra)o周期和帶寬有關(guān)，斜沿拓的好處是展開帶寬并抑制波瓣出現(xiàn)，同時會使得TETM波分離，會破壞波束的圓極化，通常是TM的帶寬大于TE的一〔3)介質(zhì)必須設(shè)置成有耗介質(zhì)*因為介電常數(shù)在高頻會變小(CST中的介電常數(shù)模型是類似洛倫茲模型，有不吻合的地方，我不是搞介電常數(shù)的，沒有深入研究過，只是自己比對過)，一般的FSS的頻率跨度都在30G以上，準(zhǔn)光的濾波器的跨度是200G左右jTHz的是800G左右f我做到的最大扌勺是350G的，文獻上看到的是900G.金屬最好是真實金屬，實際測量的熱損耗是仿真的5倍不過這個和加工有關(guān)，因為在FSS測試透射系數(shù)大多在一0.3dBT所以設(shè)計時要保證在一0一仁要不然很難滿足要求?！?)頻域求解，收斂是1e-4.三角形分割，不要用自動優(yōu)化，你會迷茫的「(5)如何看結(jié)果「通常會有zmax(1),zrnin(2)是什么意思呢：從z—平面入射的TM波通過頻率選擇表面或在疋+平面上產(chǎn)生的交叉極化TE波的dB值。不知道大家理解了嗎？4FSS的加工在30G-80G-下的，如果不是雙正方形環(huán)結(jié)構(gòu)和耶路撒冷十字結(jié)構(gòu)的加工容差在正負(fù)0.05mm,介質(zhì)厚度在容差0.1mm,意粘接用的膠，在仿真的時候有考慮，上面說的兩個結(jié)構(gòu)，如果你在德國加工，沒有問題，在中國加工而且頻率大于40G.中國的加工業(yè)無法得到你要求，我說的一般情況保證芾內(nèi)損耗小于0.3dB.80G以上的，你可以按照縮比的方法來估計口THz的情況不太一樣，因為加工方法變了可以提至H0微米這個星級。5入門推薦書目Ben.A.Munk frequencyselectivesurfaces:thearyanddesign.wleyinterscience2000（國家圖書館有,而且能買到，好像是198美元，實驗室有正版的，開心）T.K.Wu frequencyselectivesurfacesandgridarrayJohnwileyandsons,1995J.C.VardaxogloufrequencyselectivesurfacesjohnwileyanTion畀99；〔比較難找，我只有其中的幾章不完整）JohnD.Kraus率第二冊中有一章上，這個有中文版的，C.C.Chen有4篇要精讀Bozzi也是4篇，了解就好了T.K.Wu一篇.精讀，2篇了解R.Dubrovka9篇了解J.C.Chen2篇在你讀了C.C.ChenK4篇之后，后面的我不說是哪篇重要，你自己就清楚了，只要有算法的都要精讀，做工程的泛讀就好了匚因為畢業(yè)要是沒有算法，靠工程，比較難「FSS方面一共有105篇比較重要的，有80篇是IEEE的，仃篇EE的，還有8篇是俄亥俄州立大學(xué)的B.A.Munk在早年寫的，如果找不到也就算了，因為最關(guān)鍵的是C.C.Chen.T.K.Wu.Bozzi.J.C.Chen的一舉個例子，空中有30G的波和40G的波'可以設(shè)計一fss?便得3G透射，40G的反射〔也可以反