三维宽带吸波性频率选择结构及其应用研究

Absorptive frequency selective surface/structure (AFSS) is a combination of of FSS and absorber. Different from conventional FSS, it exhibits both frequency selective filtering and absorbing properties for incident electromagnetic waves. Hence, it has potential applications in stealth radomes and mutual interference reductions. For these military applications, the proposal studies new concepts and designs of three-dimensional AFSS. Compared with conventional AFSS designs, the proposed structures have smaller unit-cell sizes, stable filtering responses, and high selectivity. The studies include: i) three-dimensional AFSS based on lossy resonators, ii) three-dimensional AFSS based on non-resonant absorptive structures and iii) Applications of three-dimensional AFSS in tealth radomes and mutual interference reductions.

吸波性频率选择结构是一种结合了吸波器的频率选择结构。与传统频率选择表面/结构不同的是，它对入射电磁波可以同时产生滤波和吸波特性。因此，该结构在隐身天线罩和干扰抑制领域有着重要的应用价值。本申请针对这些军事应用需求，致力于研究三维吸波性频率选择结构新的概念和设计。相比于传统二维结构，它有着单元尺寸小，角度稳定性好和高选择滤波特性的优点。本项目主要研究内容包括：基于谐振器结构的吸波性频率选择结构，基于非谐振吸波结构的超宽带吸波性频率选择结构，以及吸波性频率选择结构在天线隐身以及干扰抑制等领域应用研究三部分。预期设计出具有低插损通带，双频或多频宽带吸波特性的三维吸波性频率选择结构，并将其应用于隐身天线罩和干扰抑制等领域。

吸波性频率选择结构（AFSS）是一种频率选择结构（FSS）和吸波器的结合。不同于传统频率选择表面/结构仅仅对入射电磁波产生反射或者透射的滤波性能，AFSS对入射电磁波可以同时产生滤波和吸波的特性。因此，AFSS在隐身天线罩和干扰抑制等领域有着重要的应用价值。本项目针对这些军事应用需求，首先研究了基于三维多模有耗谐振器的AFSS，通过对三维多模有耗谐振器的模式分析，建立等效电路模型，阐明其滤波特性和吸波特性的工作机理，在此基础上我们提出了若干新的结构，实现了诸如宽带吸波、低插损通带、高频率选择特性和斜入射波情况下的角度稳定性等一系列优异的性能。我们还研究了基于吸波材料的三维AFSS，提出了商用吸波材料（如硅橡胶磁性材料，铁氧体吸波材料等）与三维频率选择结构相结合的思路，充分利用吸波材料宽带吸波和低剖面的优异性能，给出了若干AFSS的设计方案，并进行了实验验证。最后我们研究了基于AFSS的隐身天线罩，验证了其对于单站和双站RCS的缩减，10 dB带外RCS缩减的带宽最高可达140%；同时还发现天线罩和天线可形成F-P腔，可实现天线增益的提升。本项目从概念、设计思路和理论分析等多个方面对三维AFSS进行了研究，推动了该领域的进展，为其隐身天线罩等军事应用打下了坚实的基础。