引言

頻率選擇表面（Frequency Selective Surface，F(xiàn)SS）是一種具有空間濾波特性的二維周期陣列結(jié)構(gòu)。因其具有頻率選擇濾波特性，被廣泛應用于多頻副反射面天線、電磁屏蔽防護、電磁吸波器、波束掃描天線、隱身天線罩等多個領(lǐng)域[1-3]。特別是在隱身天線RCS縮減設(shè)計中，F(xiàn)SS已成為近些年國內(nèi)外持續(xù)的研究熱點。如在天線罩中采用FSS技術(shù)，可保證天線工作帶內(nèi)電磁波正常輻射，而帶外雷達波則類似金屬罩全反射，從而改善天線的隱身性能。

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)SS已引起國內(nèi)外研究學者的廣泛關(guān)注和重點研究。據(jù)公開文獻報道，小型化、低剖面、多頻/寬帶、吸/收一體和智能化等是FSS研究的重要方向[4]。特別是智能化FSS成為近些年的研究熱點。智能化FSS通過在金屬圖案上加入微波可調(diào)器件（如微波開關(guān)、變?nèi)荻O管、液晶材料等），可實現(xiàn)FSS電磁特性的實時可重構(gòu)。智能化FSS也稱為有源可調(diào)FSS，在天線主動隱身、波束可掃描天線中具有重要應用。

FSS頻率響應特性是影響其實際應用效果的關(guān)鍵因素。理想的FSS頻率響應曲線應具有工作帶內(nèi)高透波和帶外陡峭截止特性；此外，還需具有低剖面和曲面共形等結(jié)構(gòu)要求。因此，具有帶內(nèi)高透波、帶外陡峭截止的低剖面高性能FSS迅速成為研究熱點[5-6]。

為獲得帶內(nèi)平坦透波和帶外陡峭截止特性，傳統(tǒng)方法是將N個間隔λ0/4（λ0為中心頻率對應波長）的二維FSS進行級聯(lián)，從而實現(xiàn)高階（N階）陡峭的頻率選擇特性[7]。但由于λ0/4間隔層的存在，導致其剖面高度及重量增加，給實際應用帶來限制。近年來，通過三維FSS實現(xiàn)陡峭頻率選擇特性引起了廣泛關(guān)注[8-10]。其主要原理是通過在腔體中引入多重耦合諧振，從而在特定頻率產(chǎn)生多個傳輸零點來獲得陡峭的頻率響應曲線。Mittra等人通過在波導中加入中心導電相連的兩交叉陣子型FSS，在相對帶寬達到73.4%基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了具有橢圓濾波響應的陡峭帶通型頻率選擇特性[10]。Luo等人通過在多層級聯(lián)SIW腔體結(jié)構(gòu)上設(shè)計多層縫隙型FSS圖案，實現(xiàn)了X波段具有陡降特性的帶通型FSS[11]。然而，上述FSS均基于波導結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，存在結(jié)構(gòu)加工復雜的問題。此外，三維FSS還存在因單元尺寸過大而出現(xiàn)散射柵瓣以及角度穩(wěn)定性等問題。2010年，Al-Joumayly和Behdad等人提出了一種基于非諧振單元的小型化和低剖面帶通型FSS結(jié)構(gòu)[12-14]。其研究結(jié)果表明：其FSS單元尺寸可減小至0.1λ0~0.15λ0，同時其剖面可降低至（Ν-1）λ0/30（N為濾波階數(shù)），相比傳統(tǒng)多層級聯(lián)FSS（（Ν-1）λ/4）得到了極大改善，為小型化、低剖面和陡峭截止特性的帶通型FSS提供了設(shè)計思路。

針對具有陡峭截止性能低剖面頻選天線罩應用需求，本文采用非諧振型FSS單元設(shè)計了一種K波段三階帶通濾波的曲面多層FSS天線罩。本文從理論分析、電路原理圖設(shè)計和仿真分析等方面，給出了該FSS天線罩的詳細設(shè)計過程。為了驗證設(shè)計的準確性，開展了該K波段曲面FSS天線罩實物樣件加工和性能測試，驗證了設(shè)計方法的可行性和有效性，為具有陡峭截止的低剖面曲面FSS天線罩提供了技術(shù)途徑。

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作者信息：

王義富，蔣坤，何林濤，陳玄，陳毅喬

（中國西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036）