[发明专利]柱面频率选择表面电磁散射特性的获得方法

摘要

柱面频率选择表面电磁散射特性的获得方法，属于柱面频率选择表面电磁散射特性分析方法技术领域。本发明的目的是获得柱面频率选择表面电磁散射特性，为了解决现有的Floquet定理对柱面频率选择表面的特性研究不准确的问题。本发明分别采用了不同曲率、不同结构单元尺寸以及加载不同厚度和介电常数介质层的柱面频率选择表面。深入探究了柱面频率选择表面电磁透射特性和中心谐振频率随这些参数的变化。本发明对设计实现具有某种特定电磁散射特性的曲面频率选择表面有具有很好的指导性作用。本发明适用于获得柱面频率选择表面电磁散射特性。

主权项

柱面频率选择表面电磁散射特性的获取方法，该方法针对柱面频率选择表面结构的电磁散射特性进行分析的，柱面频率选择表面结构，它包括金属板1和厚度为dmm的介质层3，所述介质层3的介电常数为ε_r，磁导率为1；所述金属板1的表面按矩形栅格形状刻满有通孔2，所述通孔2的形状为Y形，每两个相邻的Y形孔沿柱表面的间距均为40mm，金属板1按照柱面的曲率半径为P弯曲，介质层3贴合在金属板1的内侧；d、ε_r、P均为正数；其特征在于，该方法的具体过程为：采用基于时域有限差分算法的电磁仿真软件对空间中均匀平面波垂直照射在曲面FSS结构的情况进行仿真计算，获得反映曲面FSS电磁透射特性和反射特性的S参量曲线，S21表电磁波的透射系数；当柱面频率选择表面结构的介质层3厚度为d、介电常数为ε_r和Y形孔结构的尺寸均保持不变，金属板1的曲率半径为160mm、200mm、300mm和800mm时；采用基于时域有限差分算法的电磁仿真软件对空间中均匀平面波分别垂直照射在当柱面频率选择表面结构的介质层3厚度为d、介电常数为ε_r和Y形孔结构的尺寸均保持不变，金属板1的曲率半径为160mm、200mm、300mm和800mm时的柱面频率选择表面进行仿真计算，并获得4条仿真曲线，对比金属板1的曲率半径分别为160mm、200mm、300mm和800mm的柱面频率选择表面结构传输特性参数的曲线；当柱面金属板1曲率半径由160mm逐步变为平面时，随着金属板1的曲率半径增加为200mm、300mm和800mm，中心频带的透过率随之提高，传输特性参数曲线变得平滑，带外震荡明显减小，谐振的中心频点也随之偏移；当频率选择表面结构由平面变为曲率半径为300mm的柱面时，中心频率向低频偏移；曲率半径由300mm变为160mm时，中心频点向高频偏移；柱面频率选择表面电磁散射特性：当频率选择表面由平面结构逐渐弯曲成为大曲率的曲面时，平面电磁波的照射在频率选择表面的情况己经变为多角度的入射，结构单元间的相位差不能得到很好的耦合，出现了多个新的散射谱次；同时反射波和多次模绕射波的强度急剧变化，导致谱线剧烈震荡且频点发生漂移；并且由于柱面表面弯曲，表面散射效应急剧增强，中心频带透过率下降；当介质层3厚度d、介电常数ε_r、金属板1的曲率半径和Y形孔的臂宽度均保持不变，臂长L从12mm增加到18mm，增加间隔为1mm时：采用基于时域有限差分算法的电磁仿真软件对空间中均匀平面波分别垂直照射在介质层3厚度d、介电常数ε_r、金属板1的曲率半径和Y形孔的臂宽度均保持不变，臂长L从12mm增加到18mm，增加间隔为1mm时的柱面频率选择表面进行仿真计算，获得7条仿真曲线；对获得的7组S21参数曲线进行对比，获得Y孔形柱面FSS随着Y形孔臂长的增加中心谐振频率向低频偏移，对入射电磁波透射率逐渐提高；柱面频率选择表面电磁散射特性：Y型孔臂长增加时，柱面FSS的金属覆盖率随之减小，占空比增加，对入射电磁波的反射能力减弱，透射能力增强；中心频率向低频偏移，说明曲面FSS的中心谐振频率和结构单元的尺寸相关，且中心频率随着结构单元尺寸的增加而降低；当介电常数ε_r、金属板1的曲率半径、Y形孔的臂宽度和Y形孔的臂宽度均保持不变，介质层厚度d依次从1mm增加到5mm，增加间隔为1mm时：采用基于时域有限差分算法的电磁仿真软件对空间中均匀平面波分别垂直照射在介电常数ε_r、金属板1的曲率半径、Y形孔的臂宽度和Y形孔的臂宽度均保持不变，介质层厚度d依次从1mm增加到5mm，增加间隔为1mm时柱面频率选择表面进行仿真计算，获得5条仿真曲线对获得的5条仿真曲线进行比较，获得随着介质层厚度的增加，柱面FSS的中心谐振频率向低频漂移，且中心频率漂移的速度逐渐减小，在频率达到约3.1GHz时，随厚度增加，中心频率漂移的速度减缓；柱面频率选择表面电磁散射特性：介质层的厚度只会使其谐振时的中心频率发生偏移而不会影响对电磁波的散射能力；当金属板1的曲率半径、Y形孔的臂宽度、Y形孔的臂宽度和介质层厚度d均保持不变，介电常数ε_r分别取2、3、4时：采用基于时域有限差分算法的电磁仿真软件对空间中均匀平面波分别垂直照射在金属板1的曲率半径、Y形孔的臂宽度、Y形孔的臂宽度和介质层厚度d均保持不变，介电常数ε_r分别取2、3、4时的柱面频率选择表面进行仿真计算，获得3条仿真曲线，对获得的3条仿真曲线进行比较，当介电常数增加时柱面FSS谐振的中心频率向低频发生偏移，而S21曲线形状基本保持不变；柱面频率选择表面电磁散射特性：介电常数在一个数值范围内，随着介电常数的增加，曲面FSS的谐振频率将会向低频偏移，同时对电磁波的散射能力保持不变。