超高声速的飞行器在其飞行过程中会受到因大气与飞行器剧烈摩擦升温而发生电离所产生的等离子体鞘套的影响,等离子体鞘套一方面产生热辐射从而损伤飞行器内部元器件,一方面导致通信电磁波产生传播上的偏折、幅度上的衰减和相位上的畸变,从而对飞行器与外界的通信交互造成巨大干扰如通信黑障。为了应对恶劣的外部环境影响,飞行器使用厚实的防热和隔热材料构筑可透波的天线窗口保护天线,但天线窗口本身也会对天线信号的透射造成影响。本文基于这一工程应用背景,使用周期性结构针对考虑外部覆盖等离子体鞘套情况的天线窗口的透波性能进行优化,并完成了以下研究目标:首先,本文基于RAM-C Ⅱ等工程项目的测量数据和工程应用背景,建构了飞行器的天线窗口部分截取模型和不同频率的等离子体鞘套模型,并研究了天线窗口内对于天线性能的影响和不同体频率等离子层对入射电磁波的影响。然后,本文基于周期性原理和Fabry-Perot谐振腔原理设计了数个频选单元,探究了它们的尺寸参数和性能的关联,并探讨了有限大小频选阵面的单元规模和尺寸对优化效果的影响,而后开展了对两类天线、多种频选、多种单元排布规模、多个频率点及外覆盖等离子体鞘套与否的多种组合下窗口性能的综合研究,通过观察窗口内天线的辐射方向图等方式,综合分析了上述各种因素独立和组合情况下对天线窗口透波性能起到的各类影响,及利用周期性结构之一的频选,对天线窗口优化思路的可行性和能够实现的优化性能程度。在此基础上,本文还探讨了一类新型全金属构成的频选单元作用于透波性能优化的效果,以及用该频选单元构建的另一种设计的天线窗口的可行性。最后,本文基于正负介电常数媒质交替排列的夹层结构能够在特定频段处实现高透过率低反射率,也就是透波窗口频率的特性,利用自主开发的计算程序对夹层结构各层厚度、相对介电常数等参数选取和透波窗口频率及其带宽性质的关联性进行了分析讨论。在验证了该思路后,本文采用了一类不同尺寸的超材料单元并对其进行参数提取来确认超材料结构具有一定频率范围内表现出等效负相对介电常数的性质,从而可以使用超材料阵面连同窗口防隔热材料层和等离子体鞘套构成上述夹层结构,利用透波窗口频率优化天线透波性能。而后本文通过对单个单元依据周期性边界条件的仿真和考虑窗口、天线和超材料阵面整体依据辐射边界条件的仿真,共两个方面的仿真及分析来探究利用周期性结构之二的超材料配合天线窗口内的媒质材料来构造夹层结构并产生透波窗口频段的可行性、透波窗口频率处可以实现的透波性能和利用周期性边界条件快速分析透波窗口频率这一方式的可靠性,为实现在低于等离子体体频率条件下,等离子体鞘套覆盖的天线窗口的高透波性能设计提供了一定的方法参考。