摘要: 频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是介质基板上的金属贴片或者槽按照特定规律排列的特定结构，一直都是国内外专家研究的热点。目前，FSS已经被广泛应用在移动通信，卫星导航通信，偏振器，空间滤波器，吸收体等方面。因其加工方便简单... 展开 频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是介质基板上的金属贴片或者槽按照特定规律排列的特定结构，一直都是国内外专家研究的热点。目前，FSS已经被广泛应用在移动通信，卫星导航通信，偏振器，空间滤波器，吸收体等方面。因其加工方便简单，且容易加载天线，因此在可重构天线中被广泛应用，例如可实现频率可重构，极化可重构，方向图可重构天线等。另外，在微带反射阵中，FSS也有着巨大的应用前景，因为其可以克服抛物面天线曲面结构以及有效降低相控阵天线的成本，且具有低剖面，低损耗，体积小，高增益等特点。 本文先简要回顾了FSS的基础理论和其相关应用，设计了X波段基于FSS的极化可重构天线和十字花瓣型微带反射阵天线，同时还设计了一款X波段的加载电容二极管的频率可重构微带反射阵天线。本文具体的研究内容如下： 首先，本文设计了一款X波段基于FSS的极化可重构天线。该天线由基于FSS的极化器结构和一个2×2的微带阵列天线组成，工作在10GHz。FSS极化器上COS型的金属贴片排布方向与微带阵列天线之间存在一个角度，旋转这个角度(0°,45°，90°，135°)，可实现天线极化的实时切换。具体来说，随着角度改变，天线可以在线极化，左旋圆极化，和右旋圆极化进行切换。为了验证该极化可重构天线的性能，本文加工了该款天线，FSS极化器与微带阵列天线分别加工在半径为30mm的圆形介质基板上，连接处通过尼龙螺钉固定。通过在暗室中测试，结果显示其旋转角度在0°与90°时天线是线极化，在45°与135°时，轴比小于3dB，表现为圆极化，极化可重构天线性能良好，符合设计原理。 其次，本文设计了一款X波段的十字花瓣型微带反射阵天线。该反射阵单元结构是一个十字环里嵌套花瓣型十字。为了满足微带反射阵所需的相移量，本文通过改变嵌套十字单元的尺寸来实现相移量的覆盖。通过对阵列相位分布的分析，以及反射阵中每个单元上所需要的相位补偿，分别设计了9×9=81和15×15=225的阵列。文中详细阐述了阵列的设计过程，并分析了阵列大小对微带反射阵的影响。微带反射阵采用喇叭天线和Vivaldi天线作为馈源，采用正馈的方式，对不同馈源的阵列通过Ansoft HFSS设计仿真，结果显示，天线增益得到大幅度提高，实现在X波段的波束聚焦功能，性能良好。 最后，在反射阵的基础上，本文设计了一款X波段的基于FSS的频率可重构的微带反射阵。该反射阵的单元结构是双矩形环，内环开圆形槽，两个环使用电容相连接，中间部分是四个PIN二极管。通过四个PIN二极管的通断状态形成两个工作状态，使其可以工作在9GHz和12.22GHz频率下。在此基础上，采用Vivaldi天线作为馈源，组成9×9的微带阵列，在HFSS中设计仿真，结果显示两个工作状态下微带反射阵天线正好谐振在9GHz和12.22GHz频率处，很好的实现了频率可重构。 本文设计的结构都是基于FSS的应用，仿真软件中采用Floquet端口来模拟周期性结构，并在此基础上实现了基于FSS的极化可重构与频率可重构，验证了FSS在可重构天线中有巨大的应用前景。 收起