[发明专利]一种基于双线传输线模型的频率选择表面近似解析方法

说明书

本发明提供了一种基于双线传输线模型的频率选择表面近似解析方法，步骤包括：根据等效传输线法建立FSS单元不分段时的等效电路，并计算等效电路中各个等效传输线分布参数；根据传输线模型计算双线等效传输线电流分布，并通过对偶原理获得FSS单元归一化接收磁流分布；计算型函数；计算自导纳、互导纳以及传递函数；计算FSS传输系数。该近似解析方法对原周期矩量法(PMM)框架进行简化，阻抗或导纳矩阵由MN×MN降低到M×M，采用接收磁流作为检验函数，减少了计算量，可分析由任意直缝隙组成的FSS单元磁流解析分布，进而快速计算FSS传输系数。

技术领域

本发明涉及一种频率选择表面近似解析方法，尤其是一种基于双线传输线模型的频率选择表面近似解析方法。

背景技术

频率选择表面(FSS)做为空间滤波器在飞机、导弹、卫星等飞行器上应用广泛。近似分析方法在FSS分析和设计中非常重要，它可以提高计算效率并对复杂数学推导的提供清晰的物理解释。虽然数值计算(FEM、FDTD、MoM等)和商业电磁求解器(HFSS、CST、Comsol等)已广泛应用于FSS的设计优化，但近似解析方法研究周期性结构中的电磁散射和传输的本质并且计算效率高。许多学者倾向于根据FSS结构建立等效网络拓扑，在这些方法中有两个常见的问题：等效网络的拓扑结构需要从单元的结构特征推导出来，对于复杂的结构需要频繁地调整网络方程；等效网络的参数必须通过全波电磁场数值计算方法获得。

基于Marcuvitz提出的波导不连续特性，Langley等根据FSS结构建立了各种单元的等效网络拓扑，然而该方法只能分析介质板较厚和入射角较小的情况。Raul Rodriguez-Bernal提出了一种全解析多模式等效网络方法，考虑了所有高阶模式。然而，当用于多层结构时，通过级联多个多模网络形成多层FSS的等效网络，网络方程巨大。更具体地，该方法基于波导不连续性问题分析，需要获得贴片型FSS表面电流分布或缝隙型FSS切向电场分量，目前仅主平面中的矩形贴片(缝隙)单元上的电流分布的闭合形式的近似表达式已知，其他结构的电流分布并没有报道。

FSS近似也可以从Munk教授提出的周期矩方法(PMM)推导出来，与多模等效网络方法类似，一般单元的归一化电流或磁流是未知的。与矩量法(MOM)类似，PMM将每个单元分成数学意义上的N段，并且每段上的电流分布由已知的磁流模式(基函数)近似，因此每个阵列分解为N个子阵列。这种安排将导致相应的系数矩阵(具有M层结构的FSS)M×M增加到MN×MN。此外，由于系数矩阵中的导纳元素是频率和入射角的函数，必须针对每个频率点和入射角求解高阶矩阵方程，PMM计算量仍然较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有FSS数值方法计算效率低、物理概念不清晰，以及现有FSS解析方法计算复杂单元、多层介质板、斜入射、宽频带等精度低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于双线传输线模型的频率选择表面近似解析方法，包括如下步骤：

步骤1，根据等效传输线法建立FSS单元不分段时的等效电路，并计算等效电路中各个等效传输线分布参数；

步骤2，根据传输线模型计算双线等效传输线电流分布I(z)，并通过对偶原理获得FSS单元归一化接收磁流分布M(z)；

步骤3，计算型函数；

步骤4，计算自导纳、互导纳以及传递函数；

步骤5，计算FSS传输系数。

进一步地，在步骤1中，等效传输线分布参数包括：双线等效无耗传输线的特性阻抗Z₀、无耗传输线传播常数r₀、单位长度电感L、单位长度电容C、单位长度辐射电阻R、等效有耗传输线的特性阻抗Z_c以及传播常数r_c；其中：

双线等效无耗传输线的特性阻抗Z₀的计算公式为：