[发明专利]阻抗型频率选择表面

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于天线雷达散射截面(RCS)控制及电磁屏蔽等领域，透波及反射特性可综合设计的阻抗型频率选择表面，其较现有频率选择表面具有更好的应用效果。

背景技术

频率选择表面(Frequency Select Surface)是由大量无源谐振单元组成的单屏或多屏周期性阵列结构，由周期性排列的导电贴片单元或在导电屏上周期性排列的孔径单元构成的。这种表面可以在单元谐振频率附近呈现全反射(贴片型)或全传输特性(孔径型)。沿一维或二维方向周期排列的金属贴片阵列或金属平面上的孔径阵列可实现低通、高通、带通和带阻等不同的滤波器特性。频率选择表面对电磁波具有频率选择特性，能够有效的控制电磁波的传输和反射，其与电磁波相互作用可表现出明显的带通或带阻等频率滤波特性。就其本质而言是一个空间电磁滤波器，并且与一般意义上的通过电容、电感组成的滤波器在实现目的上是一致的。

根据频率选择表面谐振单元形式，主要可分为贴片类型、开槽类型。贴片类型是在介质表面周期性的标贴同样的金属单元，一般而言是作为带阻型滤波器；开槽类型是在金属板上周期性的开一些金属单元的槽孔，其具有带通型滤波响应特性。对于开槽型频率选择表面，当低频电磁波照射时将激发大范围的电子移动，使得电子吸收大部分能量，且沿缝隙的感应电流很小，导致透射系数比较小。随着入射波频率的不断升高，这种电子移动的范围将逐渐较小，沿缝隙流动的电流在不断增加，从而透射系数会得到改善。当入射电磁波的频率达到一定值时，槽两侧的电子刚好在入射波电场矢量的驱动下来回移动，在缝隙周围形成较大的感应电流。由于电子吸收大量入射波的能量，同时也在向外辐射能量。运动的电子透过槽的缝隙向透射方向辐射电场，此时的开槽阵列反射系数低，透射系数高。当入射波频率继续升高时，将导致电子的运动范围减小，在缝隙周围的电流将分成若干段，电子透过槽缝隙辐射出去的电磁波减小，因此，透射系数降低。而对于在远离缝隙的金属板上所产生的感应电流则向反射方向辐射电磁场，并且由于高频电磁波的电场变化周期的限制了电子的运动，辐射能量有限。因此，当高频电磁波入射时，透射系数减小，反射系数增大。综上所述，开槽型FSS可实现带通滤波的频率选择特性。

FSS通常还可以采用等效电路方法对其透波的频率选择特性进行分析，其周期性排布的导电片或导电屏上的孔径，可以等效为电容及电感的无耗并联网络。开槽型FSS从等效电路方法的角度来看，可以表述为电容、电感并联的等效电路。在低于谐振频率时，开槽类型的呈现感性电路特性；在高于谐振频率时，呈现容性电路特性。在入射电磁波频率为谐振频率时，开槽型FSS对谐振频率的电磁波是“透明”的。而贴片类型FSS恰恰相反，可以表述为电容、电感串联的等效电路，当入射波的频率接近其谐振频率时，将表现出对入射波全反射特性。

FSS具有特定的频率选择作用，因而被广泛地应用于微波、红外甚至可见光波段。目前FSS的应用十分广泛，可用于反射面天线的负反射器以实现频率复用，提高天线的利用率；可用于波极化器、分波束仪，对不同极化的波进行分离；可用作激光器的“腔体镜”，以提高激光器的泵浦功率；还可用于隐身技术，如FSS天线罩以降低天线系统的雷达散射截面(RCS)。其中，FSS天线罩则是其重要的应用之一，利用频率选择表面的特性，可实现在天线工作频段内，天线罩是透明的；在天线工作频段外，天线罩是全反射的，从而屏蔽罩内天线的强反射，并依靠罩体本身的几何外形提供重要角域方向的低RCS特性，达到降低天线系统的RCS的目的。