具有双频段的十字形复合单元频率选择表面

张清 刘晓春 李天宇

摘 要：本文运用模式匹配技术，组合出一个新的十字形复合单元频率选择表面。该频率选择表面是由两个尺寸不同的十字形单元构成。本文对其进行了一系列的理论分析，并通过运算得到其电场基函数，进而算出透射系数。希望可以为相关从业人员提出一些参考和建议，从而提高我国在FSS方面的研究水平。

关键词：双频段；十字形复合单元；频率选择表面

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

频率选择表面（Frequency Selective Surfaces，简称FSS）从本质上是一种二维周期阵列结构。而这种结构是由金属屏上周期性的开孔单元或者周期性排列的金属贴片单元构成。FSS通过以频率函数的形式表现其传输特性以及反射特性。本文将两个尺寸大小不一的十字形单元组合成一个十字形复合孔径单元FSS，由于两个单元的尺寸不同，将使FSS的中心频率有所不同，从而呈现两个频段的透射特性。

1 通过运算求出FSS的投射系数

首先我们将开孔单元FSS的结构剖面图展开，如上图所示，该FSS具有一侧介质加载的特征；其次利用Floquet模式将此截面中的介质区域场和空间自由场展开，并利用一组系数待定的正交模式将周期表面的电场展开；最后利用磁场横向分量以及电场在周期表面上的连续性，得到一个积分方程，可以用来计算周期表面的未知电场。我们可以采用矩量法对这种积分方程进行求解。在进行运算之前首先需要选择合理的电场展开基函数。这种基函数要符合该FSS十字形符合孔径单元的特征。基函数展开公式如下所示。

。PX（0，L）PY（0，W），

。PX（0，W）PY（0，L），

q=0，1，2

PX（x0，D）=

Py（y0，D）=

十字形复合孔径单元具有两个十字形孔径单元，我们将这五个十字形孔径单元所对应的展开基函数进行矢量叠加，最后得到十字形复合孔径单元的电场的展开基函数。进而我们对这种符合复合孔径单元孔径边界条件的电场展开基函数进行一系列运算，从而求出未知电场，进而再求出其透射系数。

2 十字形复合开孔单元FSS具有两个不同的通带

如表1所示，我们根据对不同入射角对十字形复合单元FSS的频率响应特征的分析可以发现，十字形复合单元频率选择表面具有两个不同的通带。通过对大小十字形孔徑单元的大小的改变以及位置的调节，可以改变两个通带的距离以及带宽。

3 制备实验件并进一步探究

以聚酯板和铜模为原材料，利用先进的光刻以及镀膜技术，制备出符合条件的十字形复合开孔单元FSS，并对其进行深一步研究和测试。在微波暗室中利用矢量网络分析仪等仪器进行测试分析并得到测试曲线，而测试曲线的特征显示表明与我们的理论值是大致一样的。

4 结语

本文通过理论分析和试验件的制作与测试，得出了十字形复合单元频率选择表面具有双频段的结论。希望可以为从事FSS结构设计与加工的研究人员提供一些参考和建议，进而推进FSS在我国各个领域的广泛应用，并以此提高我国航空、航天科技等领域的发展。

参考文献：

[1]李小秋，卢俊，贾宏燕等.具有双频段的十字形复合单元频率选择表面[J].红外与毫米波学报，2007（02）：146-148.

[2]鲁戈舞，张剑，杨洁颖等.频率选择表面天线罩研究现状与发展趋势[J].物理学报，2013（19）：1-10.