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频率选择表面(Frequency selective surface,FSS)作为一种空间滤波器,对不同工作频率、入射角度和极化状态的电磁波具有选择滤波特性,因而广泛应用于天线与微波系统。由于传统二维FSS谐振方式有限,只能展现较差的选择滤波性能,越来越难满足现代微波与通信系统对FSS的性能需求。近年来,基于腔体单元结构的三维FSS可产生多模谐振,实现较好的滤波性能,而受到广泛关注。然而,大部分三维FSS结构复杂、加工难度大,不利于其在高频段的应用。本论文深入研究了一类高性能三维FSS的谐振模式和等效电路,并基于传统多层印刷电路工艺进行改进设计和加工,较大程度上降低了三维FSS设计和加工难度,拓宽了三维FSS的应用范围。具体研究内容如下:(1)简要分析了传统二维FSS的工作机理以及等效电路。并以方环阵列为例,介绍了二维FSS等效电路参数经典提取方法。以此为基础,介绍了三维FSS的广义等效电路模型。进一步以一种层叠微带线阵列(三维结构)为例,详细分析了其工作机理,建立了等效电路模型,研究了一种提取该类型三维FSS等效电路参数的新方法。(2)基于层叠微带线阵列,设计了一个高选择性带通三维FSS。分析了产生高选择性的工作机理,建立了等效电路模型,提取了等效电路参数。进一步,基于多层PCB工艺和金属化过孔技术,对该FSS进行改进,使之可工作于K-Ka波段。最后,设计加工了一个工作于25.3GHz的高频率选择性FSS,测试与仿真结果吻合良好。(3)基于阶跃阻抗谐振器(Stepped impedance resonator,SIR),改进了层叠微带线阵列,设计了一个宽阻带三维FSS。该FSS在低频(f0=3.9GHz)拥有一个通带,S21低于-20d B的带宽为[2f0-8f0(7.7GHz-32.7GHz)]。建立了该FSS的等效电路模型,提取了等效电路参数。最后,基于多层PCB工艺对该FSS改进设计,对比分析了多层化改进前后结构的工作性能。(4)以SIR与均匀阻抗谐振器(Uniform impedance resonator,UIR)为基础,设计了一种具有三条传输通道的三频三维FSS。该FSS的每个工作频带都由不同的传输通道产生,通带内的传输极点也分别由不同的谐振器产生,因此该FSS的工作频率具有独立可控的优点。进一步,利用多层PCB工艺将三维结构多层化,实现了基于多层PCB的三频带通FSS,大大降低了加工难度。为了实验验证,设计了一个工作于4、6.8、11.3GHz的三频FSS,并进行了加工测试,测试与仿真结果吻合良好。