【摘 要】
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频率选择表面（Frequency Selective Surface,FSS）是具有空间滤波特性的人工电磁结构,通过不同的电磁参数设计可以满足电磁波传输调控的需求。微波频段的FSS已被广泛应用于天线罩、吸波器、偏振器等器件,并在雷达、电子对抗和通信等领域发挥重要的作用。但是,应用环境的不断创新使电磁系统变得越来越复杂,这就要求FSS具有可调特性和多功能特性。与传统的无源FSS相比,有源频率选择表面
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频率选择表面（Frequency Selective Surface,FSS）是具有空间滤波特性的人工电磁结构,通过不同的电磁参数设计可以满足电磁波传输调控的需求。微波频段的FSS已被广泛应用于天线罩、吸波器、偏振器等器件,并在雷达、电子对抗和通信等领域发挥重要的作用。但是,应用环境的不断创新使电磁系统变得越来越复杂,这就要求FSS具有可调特性和多功能特性。与传统的无源FSS相比,有源频率选择表面（Active Frequency Selective Surface,AFSS）可以实现电磁传输特性的动态调节,亦可设计为多功能,因此能适应复杂的工作环境,具有很高的研究价值。本文围绕有源频率选择表面对电磁波的调控开展研究,设计了有源可调和多功能的频率选择表面,具体工作内容如下:1.设计了一种基于变容二极管的宽带多层可调谐AFSS。首先提出了一种由典型I形金属和条形金属带栅构成的FSS,并在FSS结构的I形金属贴片上嵌入变容二极管,构成AFSS。AFSS的宽带滤波功能受变容二极管的电压调控:当不加载偏置电压（0V）时,AFSS能够在3.55-4.43GHz的频率范围内实现宽带滤波;当加载偏置电压到-19V时,AFSS的工作通带调谐到4.43-5.53GHz,并且随着偏置电压的改变AFSS的工作频率连续可调谐。进一步,采用等效电路法和场强理论分析了AFSS的工作原理,加工制作了实验样品并且进行了实验测试,通过将仿真和实验结果进行对比,证实了AFSS的宽带滤波特性和可调谐性能。2.利用PIN二极管设计了一种滤波和极化双功能可切换的AFSS。在器件的条形金属表面层焊接PIN二极管以实现AFSS的功能切换,通过同时控制顶层和底层PIN二极管的ON和OFF状态,AFSS能够实现双功能切换。当顶层和底层PIN二极管同时为OFF状态时,AFSS可以在频率3.22-3.75GHz实现宽带滤波;当PIN二极管同时导通时,该AFSS能够在18-28GHz实现透射型的线-圆极化转换。进一步,通过观察其表面电流分布情况分析了器件的双功能特性。3.设计了一种基于变容二极管、PIN二极管的双功能可调谐AFSS。该器件由介质基板、FSS金属贴片层、金属贴片顶层的变容二极管和底层的PIN二极管构成,并且设计了简单的偏置网络,便于AFSS的功能切换和频率调谐。通过控制底层PIN二极管的OFF或ON状态,AFSS能够实现滤波和吸波功能的切换;另外,通过调节顶层变容二极管的偏置电压,AFSS能够实现滤波模式和吸波模式的频率连续可调谐。进一步,分析了其等效电路和表面电流分布情况,最后进行了实验测试,通过仿真和实验结果对比证实了AFSS的双功能可切换和频率可调谐特性。
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