频率选择表面(Frequency Selective Surfaces简称FSS)是由位于介质基底上相同的金属贴片单元,或金属屏上的开孔单元构成的一种二维周期阵列结构。在电磁波照射下,频率选择表面表现出带通或带阻的滤波特性,因此被用作空间滤波器。频率选择表面具有广泛的应用,例如带通型频率选择表面可用来设计天线罩,带阻型频率选择表面可以作为反射面天线的副反射器。本文从频率选择表面的应用背景出发,在研究了该结构的滤波机理和分析方法后,以传统的频率选择表面功能单一、单元尺寸大为突破口,引出可重构技术和小型化技术这一研究热点,并针对可重构及小型化频率选择表面进行了深入的研究。本文的主要研究内容如下:1.研究了频率选择表面的基本理论,分析了影响其性能的重要技术参数,并结合频率选择表面的分析方法,对两种典型频率选择表面单元的滤波特性进行了研究,为可重构频率选择表面和小型化频率选择表面的设计奠定了基础。2.为解决传统频率选择表面功能单一的问题,本文基于二极管的加载技术,设计了两款具有可重构特性的频率选择表面单元。首先对经典十字型单元结构进行改进,将其与变容二极管进行一体化设计,获得了具有频率可调特性的频率选择表面单元。然后,将变容二极管替换为PIN二极管,获得了具有单双频可切换特性的频率选择表面单元。3.为解决传统频率选择表面角度稳定性差的问题,本文基于2.5D封闭环结构,设计了一款具有高角度稳定特性的频率选择表面单元。首先调研了小型化频率选择表面的方法,并研究了金属化通孔实现单元尺寸小型化的原理,然后设计出一种高角度稳定的2.5D封闭环单元,仿真结果表明该单元对于0°~80°入射的电磁波具有良好的稳定性。在此基础上,通过加载具有缝隙的金属贴片,使其谐振频率下降,获得了一种兼具高角度稳定特性和小型化特点的频率选择表面单元。最后,对该频率选择表面进行了加工和测试,测试结果与仿真结果基本吻合,验证了上述设计方法的有效性。4.为解决传统频率选择表面的单元尺寸大的问题,本文基于2.5D封闭环结构,通过对单元内部的金属化通孔进行研究,设计了一款具有小型化特点的频率选择表面单元。本文以传统的2.5D封闭环单元为研究对象,将单元内部的金属化通孔进行分段处理,引入不同的中间层结构,并对比不同的中间层对小型化单元尺寸的影响程度,最终设计了中间层为“U”字形的2.5D封闭环结构,其单元尺寸达到0.033λ。此外,通过对比研究发现,随着引入中间层数量的增加,单元尺寸的小型化程度也愈加明显。最后,对该频率选择表面进行了加工和测试,测试结果与仿真结果基本吻合,证明了本文提出的方法对小型化2.5D频率选择表面单元尺寸具有可行性。