频率选择表面中表面波、凋落波和栅瓣传输规律研究

频率选择表面（FSS）是一种周期阵列结构，作为电磁滤波器用于雷达、天线、卫星通信等领域。表面波、凋落波和栅瓣是产生FSS各种奇异现象的主要因素，认清其传播规律可以优化FSS电性能、分析FSS散射能量分布。FSS表面波是空间电磁波以一定角度入射到其表面产生的，凋落波和栅瓣的产生均与FSS谐波模式有关，表面波、凋落波和栅瓣之间存在着错综复杂的依存关系。利用平面波展开法和互阻抗法，分析FSS散射波谱、复导纳和表面感应电流，通过栅瓣图、复导纳图和表面感应电流分布曲线图分析FSS表面波传播规律、划分凋落波作用区域、给出不同FSS结构的栅瓣响应角，利用探针对FSS表面波、凋落波和栅瓣测试。重点研究无限FSS中表面波、凋落波和栅瓣传播规律、对散射能量方向图的影响，并提出具体的加载匹配网络实现形式，对有害奇异波进行抑制。该研究将突破FSS技术瓶颈，解决FSS奇异波理论问题，丰富分层媒质理论。

在频率选择表面（FSS）所构成的系统中，认清表面波、凋落波和栅瓣产生机理、传播规律，可实现更好的电磁兼容和功能优化。项目首先研究了无限FSS中表面波、凋落波和栅瓣的传播规律；在此基础上，研究了有限FSS中表面波、凋落波和栅瓣的传播规律；然后，利用平面波展开法和互阻抗法分析了表面波、凋落波和栅瓣对FSS传输特性的影响，分析FSS出现各种奇异现象的物理根源，给出相应抑制或解决措施；最后，设计了相应的测试方案，验证了分析结果。 . 主要研究内容和结果包括：.（1）通过分析FSS栅瓣图，得到：FSS高阶Floquet模式的传播形成凋落波、高阶Floquet模式进入主Floquet模式区域传播形成栅瓣。引入新的物理量--截止波长（高阶模刚进入主模传输区域时的临界波长），精确描述了FSS栅瓣和凋落波的形成机理。.（2）通过分析FSS散射波传播常数单位矢量，得到：在0~1/cosθ传输区域，传播波和凋落波相互作用后表现为能量“聚焦效应”，导致大角度照射下的双屏或多屏FSS通带内极易出现“零值凹陷”，天线工作出现 “盲区”。提出了一种三维周期介质阵列作为双屏FSS耦合匹配层的技术途径来抑制凋落波。仿真与测试结果表明：该方法将双屏FSS工作角度从原来的30°提高到60°，且在TE60°电波照射下的FSS通带透过率均在90%以上。.（3）通过分析FSS表面波产生机理、测试表面波对FSS样件的传输特性影响，得到：FSS的周期截断产生边缘绕射电流，并以表面波形式向外辐射，当激励波倾斜超过45°时，表面波导致FSS传输损耗增加10%左右。提出：采用“路”谐振的概念设计FSS，可避免周期表面出现多种谐振模式，有效抑制表面波的产生。测试结果表明：随着激励波倾斜角度的增加，基于“路”谐振设计的FSS透过率不仅没有下降而且还会逐渐增加。.（4）通过分析FSS选频机理，得到：多种模式共存的表面感应电流不仅导致FSS产生栅瓣，而且还会出现“零值凹陷”。提出采用加载匹配电介质的多层电容性表面与电感性表面耦合的方法来设计FSS。在2~18GHz频段内、TE电波60°扫描范围内，抑制了栅瓣的产生，且FSS呈现高Q值且透波率超过80%的选频特性。.上述研究成果，不仅可用于优化FSS传输曲线、划定凋落波作用区域、突破高质量FSS产品设计瓶颈，而且丰富了分层媒质理论，为FSS技术的发展奠定了一定