频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)本质上是一种空间滤波器,是由具备特定形状的周期性结构排列而成,能够按照实际需求对所入射的电磁波实现频率选择性的传播,从而呈现带通以及带阻滤波特性。在快速发展的无线通信技术和军民需求的推动下,FSS具有很大的研究意义及应用前景。近年来,三维(3-D)FSS概念被提出,相比于传统的2-D FSS来说,3-D FSS多了一个维度的设计自由度,可以在有限的单元结构内构建更多谐振模式,以便实现高性能滤波响应。本文首先介绍了课题研究的背景和意义、国内外研究现状;基于自由空间法搭建了FSS的测试平台,并给出详细的测试流程及注意事项。在此基础上,本文基于方波导结构,提出了加载工字型槽谐振单元和加载介质谐振单元两类3-D FSS,具体如下:(1)通过在方波导壁上加载工字型槽,提出了两种3-D FSS。通过在方波导壁上刻工字型槽引入新的槽谐振模式,设计了一种具有双边陡峭特性的带通3-D FSS;经过分析该FSS结构传输零极点处的电场矢量分布情况,解释了其工作机理。在此基础上,通过在平行板路径中加载金属化过孔来构建双模谐振单元,设计了一种高频率选择特性、近频带间隔的双频3-D FSS;为了进一步理解该FSS结构的工作机理,分析了其传输零极点处的电场分布,此外还对结构参数进行了研究。HFSS仿真结果显示,所提出的两种3-D FSS在TE和TM极化下,以及不同角度入射时均能实现较为稳定的频率响应,且具有较小的单元尺寸。(2)通过在方波导腔中加载介质块谐振器来提出一系列3-D FSS。利用方波导腔加载单偶极子单元,设计了拥有准椭圆特性的单极化带通3-D FSS。为了实现双极化,对偶极子贴片进行旋转和折叠,提出了折叠十字型双极化3-D FSS,并且基于ADS软件对其进行等效电路建模,来理解工作机理。利用方波导腔加载方环,设计了一个具有双极化、良好角度稳定性、高频率选择性等优势的带通3-D FSS,通过等效电路建模的方式深入研究了该FSS结构的工作原理,并且分析了结构参数变化时对谐振频率所产生的影响,最后进行了实物加工和测试。为适应卫星通信系统对多频应用的需要,在方波导腔中加载双环结构,设计了一种具有高频率选择特性的双频3-D FSS,利用等效电路建模和参数分析来加深对该FSS结构工作机理的理解。最后,运用一种简单的组装方法对其进行快速实物加工,并进行了实物测试,来进一步验证了所提FSS结构的可行性。