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简介
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频率选择表面FSS在吸波领域的应用
报告提纲
引言
吸波材料不仅在军事上有其特殊的战略地位，在民用上也日趋广泛。因此各国争相投入大量的人力和物力进行广泛的研究。电路模拟吸波材料（circuit analog absorbers，CA absorbers）就是其中非常有前景的研究方向之一。电路模拟吸波材料是由有耗介质与频率选择表面(电路屏) 复合而成的吸波材料。这种设计广泛应用于具有光滑表面的吸收体的制造。频率选择表面是电路模拟吸波体中一个重要的组成部分，本文将对频率选择表面在吸波领域的应用进行阐述，并对其发展方向进行展望。
频率选择表面
频率选择表面（frequency selective surfaces），简称FSS，如图一。是二维周期性导体贴片或孔径单元阵列，是一种滤波材料。这种类型的表面源于Salisbury屏和Jaumann吸收体[1]。 FSS对电磁波的透射和反射具有良好的选择性，对于其带通内的电磁波呈现全通特性，而对其带阻内的电磁波则呈现全反射特性，如图二所示。
频率选择表面
频率选择表面
事实上，实际应用的FSS单元图案多种多样，Munk [1]将FSS单元类型划分为4组，中心连接型、环形单元、实心单元或各种形状的板式单元、组合单元。随着对FSS研究的深入，新的单元设计将是一个热门研究方向。
频率选择表面
国内外研究现状
理论分析和优化设计
近似分析法
Kieburtz[3]等首次提出应用变分法分析FSS电性能，通过求解FSS的广义能量算子方程的本征值，得到等效导纳或阻抗，再利用传输线的概念求解其频率响应特性。此方法原则上可以求解任意结构的二维周期金属贴片或孔径的散射问题，但对于复杂形状的FSS单元求解难度比较大，因此，这种方法只适合于简单形状的FSS的散射特性分析。随着FSS单元的逐步复杂化，这种方法的应用空间会越来越小。
国内外研究现状
S. W. Lee[4]等提出的简单公式计算方格栅型FSS 的电纳，并用传输矩阵计算材料表面的反射率，并且指出对于单层材料而言，只有当FSS为感性时才可以减小材料表面的反射率。饶克谨、高正平[5]等利用传输线法对电路模拟吸波材料的反射率进行了计算。他们将方格栅型FSS 用等效电纳来代替。传输线法模型简单，计算量小，但仍存在无法对复杂单元建立理论模型的缺点，并且它忽略了对FSS电导对RCS影响。
国内外研究现状
Urich[6]开发了等效电路模型，它是根据无限长导带的电感量计算公式及相邻带间的电容量计算公式近似计算FSS单元的等效电容和电感，再按LC谐振回路的观点计算它的频率响应特性。这种方法只适用于结构具有明显电能和磁能集中区域的FSS。
Compton[7]研究了许多带有介质衬底的矩形、方形和圆形孔径周期性结构，给出了电磁波正入射和斜入射时衬底介质加载结构的有效阻抗公式，这种方法比Ulrich的等效电路方法更加准确，可以得到广泛应用。
国内外研究现状
数值方法
基于Floquet 模式分解法的矩量法(MOM) 可以起到较好的效果，但是有些情况下，电路模拟吸波材料需要被应用于曲面上，那么此法便无能为力了。侯新宇[8]利用矩量法分析了周期性Y形缝隙阵列和多层介质复合FSS结构的频率响应，通过对不同介质加载方式和介质参数对FSS结构传输特性影响的分析发现，在周期阵列的两侧同时加载相同的介质层，可以很好地改善结构的传输特性。
20世纪90年代初，由于时域有限差分法逐渐发展成熟，并且具有数学模型简单、容易模拟复杂结构、程序通用性强等特点，再加上计算机性能的提高，使它得到了广泛的应用。
国内外研究现状
Tsay[9]最早将FDTD法用于FSS的理论分析，但只适用于垂直入射的情况。YE Chunfei等[10]利用有限差分方法(FDTD) 直接对目标的雷达散射截面(RCS) 进行了讨论，较好的解决了目标的边缘散射及目标为曲面的电磁波反射特性计算问题。
此外，Ansoft 公司的HFSS 软件几乎可以解决电路模拟吸波材料的所有反射率计算问题。HFSS ( High Frequency Structure Simulator) 是基于物理原型的EDA 设计软件，是基于有限元法的三维高频电磁场计算软件。随着2000 年入射波激励源和周期边界条件的引入，从HFSS7. 0版本以后均可对二维FSS 和三维FSS ( PBG) 在电磁波正入射和斜入射情况下进行
国内外研究现状
电磁场计算[ 11- 12 ] 。对于电路模拟吸波材料，只要将各有耗介质层厚度、电磁参数以及FSS 的形状、材质、厚度、位置等参数在软件中建模，便可计算出电路模拟吸波材料的反射率、近远场RCS 等反射特性参数，故使用非常方便。
国内外研究现状
优化设计
上面所提及的方法都只能对电路模拟吸波材料性能进行预估，而不具有优化设计的功能。文献[ 13 -14 ]分别报道了采用GA ( Genetic Algorithm)和MGA
(Micro-Genetic Algorithm) 方法对电路模拟吸波材料进行优化设计，可以在一定范围内找到吸波材料与FSS 的最佳组合，取得了较好的效果，对实验设计具有较大的指导意义。
国内外研究现状
国内实验研究现状
高正平等[15]将电路模拟技术与多层吸波材料相结合，把电路屏(FSS)插入到靠近金属背衬的材料中（图六），按照控制输入阻抗的要求安排其余材料层，并调整电路屏和各层参数。这种结构能在宽频范围内实现很小的反射（图七），且总厚度也比常规吸波材料薄，这为优质吸波材料设计开辟了一条新途径。
国内外研究现状
国内外研究现状
国内外研究现状
邢丽英[16]通过理论推导和计算分析发现：在别的条件一致的情况下，吸波复合材料的最大吸收峰随FSS的周期和尺寸（图八）、介质层的电磁参数和介质层的厚度（图九）的增加，向低频方向移动。
国内外研究现状
国内外研究现状
聂彦等[17]明通过试验发现不同图案、尺寸（图十）和位置的FSS可以改变吸波材料的共振频率和带宽等性能，通过优化FSS在复合吸波材料中的使用可以获得频带较宽、吸波性能较强的复合吸波材料。
国内外研究现状
李小秋[18]等设计了双屏FSS实验件（图十一），在微波暗室内用矢量网络分析仪测试了双屏FSS的传输系数，测试值与数值结果基本一致。结果表明双屏FSS的传输系数曲线具有宽带宽和陡降截止的频率特性，其电磁散射特性较单屏FSS有很大的改善。
国内外研究现状
贾宏燕等[19]设计出一种新型FSS单元（图十二），这种新型的FSS 单屏结构能够给出陡峭边缘和平顶的宽频带传输特性，并且对不同入射角度的电磁波保持稳定的双带特性。。
国内外研究现状
国外实验研究现状
Mitsuhiro Amano、Youji Kotsuka[20]提出了一种表面印刷导电线图形的新颖吸波材料结构（图十三），这种材料既可以控制向高频段的频率匹配也可以控制向低频段的频率匹配， 能够用传统的单层材料实现频率双峰， 用有限时域差分法分析发现方块尺寸的增加、方块间距的减小会引起匹配频率的降低。
国内外研究现状
国内外研究现状
Yanan Sha 、 K. A. Jose 等[21]将FSS 制备到了碳纤维合成物中，对于不同的制备样品进行了测试，并与没有加载FSS 的样品进行对比，发现加载了FSS 的某些样品有着特殊的反射特性，其反射频段转移到了其他频率范围，使反射功率得到了有效的缩减。
A Tenant，B Chambers[22]又提出一种自适应雷达吸波材料结构（图十四、十五），用二极管控制有源频率选择表面的阻抗， 达到改变反射特性的目的。具体是将基于FSS屏的单层结构的电阻层换成可控制的有源FSS。
国内外研究现状
吸波特性的测试
对吸波材料的吸波性能进行精确的理论计算通常是比较困难的，通过测量确定吸波材料的吸波性能则是一种行之有效的手段。
吸波材料的屏蔽与吸收特性测试，本质上就是场强与功率的测量。下面将简要介绍吸波材料性能测试的基本条件、常用仪器和测试方法。
吸波特性的测试
吸波特性的测试
吸波特性的测试
吸波特性的测试
吸波特性的测试
测量接收机
测量接收机用于测量射频信号的幅度、功率和频率的专用仪器（图十七）。
吸波特性的测试
网络分析仪
吸波特性的测试
驻波测量线
驻波测量线是一种最基本的微波测试仪器之一，广泛用于单端口网络和双端口网络的驻波比、波长及阻抗等参数的测量中，有微波万用表之称。它主要由开槽传输线、探针装置以及传动机构和位置测量装置组成。按照开槽线的形式不同又分为波导型和同轴线型。
吸波特性的测试
微波功率计
在低频情况下，功率是通过电压、电流的测量完成的，电压电流的测量比较简单。然而，对于射频和微波频段，功率测量采用功率计进行。和低频段功率检测方法不同，微波功率计时将微波能量转换为易于测量的某种能量形式（如热能、光能、机械能等），然后以间接方式测量功率大小。
吸波特性的测试
场强计与天线
场强计时测量自由空间辐射的电磁波场强与功率的专用设备。它由线性放大器、非线性检波器以及平均值电压表等部分组成。
天线是场强计测试中重要的组成部分，根据测试频率和方向性要求，不同的测试频段应采用不同形式的天线。
吸波特性的测试
吸波特性的测试
驻波测量线法
测量原理如图所示。当电磁波能量传输到屏蔽材料表面是，由于阻抗失配造成部分能量反射，剩余能量通过屏蔽材料样品继续向右侧传输。
吸波特性的测试
设入射功率为Pi，反射功率为Pr，通过材料之后的传输功率为Pt，根据传输线理论：
Pt’=Pi-Pr=Pi(1-|Γ|² )
|Γ|=S-1/S+1
|Γ|—— 材料样品的反射系数的幅值
S —— 驻波比
材料的吸收率为：
P吸=Pi-Pt-Pr
L吸=10lgPi/P吸
L吸 —— 材料的吸收衰减
吸波特性的测试
实际测试系统如图所示。
吸波特性的测试
场强计法
利用场强计测量材料的吸波性能，通常是在开放的环境中测量材料对电磁场的屏蔽效能，采用的方法大多是参考GB12190 — 90关于高性能屏蔽室屏蔽效能的测试标准。
其原理如图所示，信号源置于屏蔽室外，被测材料样品装于测试窗上，场强计置于屏蔽室内。通过测量样品安装前的场强E1、H1和功率P1以及安装后的场强E2、H2和功率P2，再根据工作频段选择正确的公式计算。
吸波特性的测试
SE=20lg|H1/H2| （100Hz—20MHz）
SE=20lg|E1/E2 | （300Hz—1000MHz）
SE=10lg|P1/P2| 或 SE=20lg|E1/E2| （>1GHz）
吸波特性的测试
网络分析仪法
前两种方法的测试都是单频点基于场的方法，若要测试某一个频段内材料的吸波性能，需要选择多个频点逐个进行测量，效率很低。
网络分析仪法是基于网络分析的方法，可以一次完成对负载或网络在一个频段内的特性参数的高精度测量，测试效率高。其基本原理是将吸波材料样品等效为双端口网络，如图所示。
吸波特性的测试
根据测量等效网络的散射参数（S参数），并由此计算出材料的吸波性能。
SE=20lg1/|S|
展望
以上内容对频率选择表面在吸波领域应用的理论研究和实验研究现状以及吸波性能的测试进行了总体的阐述。从目前的研究情况来看，虽然已取得了较大的成绩[23]，但仍有许多值得我们探索和完善的地方。因此以下几个方面可能会成为今后研究的热点。
展望
展望
展望
参考文献
[1] Munk B A. Frequency selective surface theory and design[M]，2000
[2] 张朝发、李焕喜，等. 吸波材料与FSS复合的隐身技术研究进展[J]. 材料导报，2007
[3] Keiburtz R B、Ishimaru A. IEEE Trans on Antennas and Propagation，1961
[4] LEE S W、ZARRILLO G、LAW C L. Simple formulas for transmission through periodic grids or plate [ J ] . IEEE Trans Antennas Propagation ， 1982
[5] 饶克谨，、赵伯琳，、高正平. 电路模拟吸收材料———原理特性及设计方法[J ] . 电子科技大学学报， 1995
[6] Ulrich R， Appl Opt，1968
[7] Compton R C，Rutledge D B IEEE Trans on Microwave Theory and Techniques，1985，
[8] 侯新宇、万伟、万国宾，等。系统工程与电子技术，1998
[9] Tsay W J、Pozar D M．IEEE Microwave and Guided Wave Lett，1993
[10] YE Chunfei ， LI Erping. Finite difference time domain simula2tion for multi-layer microwave absorber with frequency selective surface[J ] . IEEE ， 2002
[11] 齐万泉、苏东林、杨争光.。应用HFSS8. 0 分析复杂材料的反射特性[C] . Ansoft2004 用户通讯
[12] 刘伟、苏东林、翟禹。用Ansoft HFSS 仿真分析光子带隙结构[ C] . Ansoft2004 用户通讯
[13] RAO Kejin 、GOU Yi . Design of circuit analogy absorber using Genetic Algorithm [ J ] . Journal of UEST of China ， 2000
[14] SOURAV CHARVARTY、RAJ MITTRA、NEIL RHODESWILLIAMS. Application of a micro-genetic algorithm (MGA) tot he design of broad2band microwave absorbers using multiple frequency selective surface screens buried in dielectrics [ J ] . IEEE Transactions on Antennas and Propagation ， 2002
[15] 高正平、董恩昌、华保家， 等。电路模拟多层雷达吸波材料设计[J]。宇航材料工艺， 1996
[16] 邢丽英，含电路模拟结构吸波复合材料研究[D]，北京航空航天大学博士学位论文，2003
[17] 聂彦、冯则坤、张秀成， 等. FSS 在吸波材料中应用的实验研究[J ] 。 华中科技大学学报， 2004
[18] 李小秋、冯晓国、高劲松，等。双屏频率选择表面传输特性的研究[J]。微波学报，2009
[19] 贾宏燕，等。一种新型组合单元频率选择表面[J]。光学学报，2008
[20] Mitsuhiro Amano， Youji Kotsuka A novel microwave absorber with surface-printed conductive line patterns[J]。Microwave Symposlum Digest ，MTT-S International ，IEEE ，2002
[21] Sha Yanan、Jose K A、Noe C P，et a1．Microwave Opt Techn Lett，2002
[22] A Tenant，B Chambers Adaptive radar absorbing structure with Pin diode controlled active frequency selective surfaces[J] Smart Master Structure，2004
[23]Mittra R，Chen C H，Cwik T Techniques for analyzing frequency selective surfaces — a review[J] IEEE，1988
[24] 袁林生、沈晓冬、崔升、范凌云。 透明屏蔽材料的研究现状及展望[J]。兵器材料科学与工程，2007
[25] 李小秋、冯晓国、高劲松。光学透明频率选择表面的研究[J]。物理学报，2008
[26] 王焕青、吕明云、武哲。介质加载对频率选择表面传输特性影响的实验研究[J]。红外与毫米波学报，2005
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