帶阻頻率選擇表面的設(shè)計(jì)解析

1 引言
　　頻率選擇表面 （FSS）是二維周期陣列結(jié)構(gòu)，它由周期性排列的金屬貼片單元或在金屬屏上周期性排列的孔徑單元構(gòu)成。這種表面可以在單元諧振頻率附近呈現(xiàn)全反射（貼片型）或全傳輸特性（孔徑型）， 分別稱為帶阻或帶通FSS。實(shí)際的帶阻段是由一層或多層被介質(zhì)層分開的FSS貼片層組成。為了FSS的頻率響應(yīng)相對于入射角和極化的穩(wěn)定性，金屬貼片層通常鑲嵌在多層介質(zhì)層里。另外，兩層或多層FSS貼片層背靠背疊加在一起可以產(chǎn)生很好的通帶特性（平坦的通帶，陡降的邊帶）。
　　2 帶阻頻率選擇表面的設(shè)計(jì)
　　通常的帶阻濾波器是由兩層FSS金屬層和中間的介質(zhì)層組成。中間的介質(zhì)片決定了傳輸曲線通帶的平坦性，F(xiàn)SS金屬層決定了傳輸曲線的帶寬和諧振頻率。介質(zhì)片的厚度和介電常數(shù)非常重要。介質(zhì)片的厚度典型的被取在0.5， 是阻帶中心的波長。兩個(gè)FSS層之間的介質(zhì)層提高了帶阻濾波器相對于入射角的穩(wěn)定性。盡管從穩(wěn)定性的角度看，介電系數(shù)的值越高越好，但是高的值也引入了高的傳輸損耗。 這樣，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，必須對介電系數(shù)的取值做綜合的考慮。
　　本文的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)FSS結(jié)構(gòu)能夠通過信號在GPS & DCS1800移動通信頻段并且拒絕在更高頻段的信號。圖1出示了設(shè)計(jì)出的頻率選擇表面的幾何形狀和構(gòu)型。
　　它包括兩層被一片泡沫墊片隔開的FSS。圓形環(huán)狀的單元塊形狀被選擇因?yàn)樗暮妙l帶穩(wěn)定性。FSS金屬層被嵌在介電系數(shù)為3.5損耗因數(shù)為 0.0026的聚酰亞胺膜層上。泡沫墊片的厚度被取接近0.5＝，那兒，F(xiàn)SS的諧振頻率為，。此帶阻濾波器的設(shè)計(jì)過程將用史密斯圓圖和傳輸線理論進(jìn)行分析。
　　
　　圖1 兩層圓形FSS結(jié)構(gòu)
　　3 用史密斯圓圖和傳輸線理論分析和設(shè)計(jì)
　　設(shè)計(jì)從一層FSS開始，它由一片圓環(huán)形FSS金屬層嵌在一層介質(zhì)層構(gòu)成。介質(zhì)層的介電系數(shù)為3.5，損耗因數(shù)為0.0026。結(jié)構(gòu)被仿真軟件Ansoft DesignerTM 分析和設(shè)計(jì)。圖2（a）出示了一層FSS在1GHz到12GHz頻段上的阻抗，相應(yīng)的傳輸和反射頻率響應(yīng)也就是和出示在圖2（b）。一層FSS的傳輸線等效電路和相應(yīng)的公式出示在圖2（c）。為了比較，在圖2（a）中5個(gè)點(diǎn)被標(biāo)注，分別代表通帶在1GHz， 2GHz， 阻帶在5GHz、7GHz和9GHz?？梢杂^察到導(dǎo)納軌跡