频率选择表面FSS在吸波领域的应用

电磁波隐身的原理与应用概述电磁波隐身技术是一种利用特定的技术手段使电磁波在特定空间范围内不被侦测到的技术。

电磁波隐身技术具有广泛的应用前景，不仅可以应用于军事领域，还可以应用于通信、无人机、雷达等领域。

本文将介绍电磁波隐身的原理以及其应用。

原理电磁波隐身技术的基本原理是通过改变电磁波的传播路径、频率、相位或幅度等方式，使电磁波在传输过程中减弱或消失。

以下列举几种常见的原理：1.多路径传播原理：利用环境中存在多个传播路径，使电磁波在传输过程中经过多次反射、折射等，从而在某个位置减弱或消失。

2.频率选择表面（Frequency Selective Surface，简称FSS）：通过在电磁波传输路径上引入特殊的材料或结构，使特定频率的电磁波被吸收或反射，从而实现对该频率电磁波的隐身。

3.相位控制原理：通过改变电磁波的相位，使相位叠加出现干涉现象，从而达到对特定频率电磁波的隐身。

4.吸波材料原理：利用特殊的材料吸收电磁波的能量，从而减弱或消除电磁波的传输。

5.超材料原理：利用特殊材料的特殊结构和性质，改变电磁波的传输特性，从而实现对电磁波的隐身。

应用电磁波隐身技术在多个领域有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用场景：军事领域•雷达隐身：利用电磁波隐身技术，使军事目标对雷达侦测时减弱或消失，提高军事作战的效果。

•无人机隐身：通过应用电磁波隐身技术，使无人机在执行任务时不易被侦测到，提高作战的隐蔽性和突防能力。

•电子干扰：通过控制电磁波在特定频段的传输特性，对敌方通信、雷达等系统进行干扰，削弱其作战能力。

通信领域•隐私保护：利用电磁波隐身技术，使通信内容不易被窃听或侦测到，提高通信的安全性。

•抗干扰能力：通过改变电磁波传输路径或抑制干扰信号，提高通信设备的抗干扰能力，保证通信的稳定性和可靠性。

民用领域•辐射防护：利用电磁波隐身技术，减少无线电、微波等电磁波对人体的辐射，保护人体健康。

•无线充电：通过调控电磁波传输特性，实现对电子设备的无线充电，提高充电的便利性和安全性。

频率选择表面的等效电路概述说明以及解释1. 引言1.1 概述频率选择表面（Frequency Selective Surface，简称FSS）是一种具有特定频率响应特性的二维或三维结构，常用于控制电磁波的传输和反射。

相比于传统的无源电子元件，频率选择表面通过其特殊的等效电路模型实现了对电磁波的频率选择功能。

本文将介绍频率选择表面的等效电路模型以及其在通信、雷达、天线等应用领域中的重要性。

1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分：引言、频率选择表面的等效电路概述、频率选择表面的等效电路模型、设计和优化方法、结论与展望。

首先，我们将在引言部分介绍文章的背景和目的，为后续内容做铺垫。

接着，我们将详细阐述频率选择表面的定义和背景，并探讨其结构和原理以及在不同应用领域中的应用情况。

然后，我们将介绍常见的几种频率选择表面的等效电路模型，包括电感模型、电容模型和电阻模型。

随后，我们将探讨设计和优化方法，涵盖参数选择与调整、材料特性与性能分析以及实验测试与验证技术。

最后，我们将总结主要发现，并展望频率选择表面的未来发展方向。

1.3 目的本文旨在深入了解频率选择表面的等效电路模型，包括其定义和背景、结构和原理以及应用领域。

通过对电感模型、电容模型和电阻模型的介绍，读者可以对频率选择表面的工作原理有更为清晰的认识。

同时，我们将讨论设计和优化方法，以帮助读者更好地应用频率选择表面于实际工程中。

最后，我们将总结文章主要内容，并探讨未来频率选择表面在相关领域中的潜在发展方向。

2. 频率选择表面的等效电路2.1 定义和背景频率选择表面（Frequency Selective Surface，简称FSS）是一种具有特定波长选择性的电磁波滤波结构。

它可以实现对特定频率范围内的电磁波进行选择性透射或反射。

在无线通信系统、天线设计、雷达技术、光学器件等领域，对特定频段的电磁波进行控制和管理是非常重要的。

频率选择表面通过其特殊的物理结构和材料参数，能够实现对特定频率范围内电磁波的限制或传输，在这些应用中得到了广泛的应用。

频率选择表面在无线通信中的应用频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）是一种由导电和非导电材料组成的平面结构，通过布置不同形状和分布的小结构单元来实现对电磁波的频率选择或滤波。

FSS具有轻薄、低成本、方便制备等优点，已经广泛应用于无线通信系统中。

一、FSS的基本结构和原理FSS的基本单元是一些电性能良好的片状元器件，由互相平行和等间隔排列而成。

这些单元被各自固定在一种介质材料的表面上，形成一个平面结构。

这个平面上的单元由电导材料或其他具有介电性的材料组成，可以通过改变单元的形状和分布，调节电磁波的穿透性能，选择特定的频率。

FSS的原理是基于一系列小电偶极子与辐射之间的相互作用来实现的。

当电波穿过FSS时，部分电波穿过FSS的通道，部分被反射，部分被吸收。

反射和吸收的电波量与FSS单元的大小、形状、距离和流动方向等因素有关。

通过改变这些因素的不同组合，FSS可以实现对不同频率电磁波的选择，并产生频率选择的效应。

二、FSS在无线通信中的应用1.微波通信FSS在微波通信系统中，可以作为一个低成本、高效率的无源光学元件来调节电磁波信号的衰减，延长电磁波信号的传输距离。

另外，FSS还可以作为微波天线的附属元器件，用于优化微波天线的性能。

例如，在机载雷达系统和微波无线电链路等应用中，FSS都具有重要的传输和接收功能。

2.毫米波通信毫米波通信是目前无线通信领域的一个热门话题。

毫米波通信是指在30-300GHz频段内实现宽带无线通信。

由于毫米波频段的传输距离相对较短，适合在狭小的空间内或近距离通信。

FSS在毫米波通信中可以用作频率选择器，用于对不同频率的毫米波进行选择和滤波，优化毫米波通信的传输质量。

3.防御领域在防御领域，FSS可以用作防御性屏蔽罩，以保护关键设备不受电磁干扰和电磁泄漏的影响。

FSS通过改变材料和单元的组合方式和布局，实现对不同频率电磁波的遮蔽和绕射，减小电磁波泄漏的危险。

频率选择表面天线罩的研究介绍频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）是一种具有特定频率响应的二维周期结构。

表面天线罩则是利用频率选择表面的特性来实现天线的隐蔽与保护。

本文将探讨频率选择表面天线罩的研究进展以及其在通信领域的应用。

一、频率选择表面的原理频率选择表面是由导体或半导体材料构成的二维周期性结构，可通过调整元件的几何形状和排列方式来实现对特定频率波长的选择性透射和反射。

其原理如下：1. 波长选择性频率选择表面的尺寸和间距决定了其对特定频率的反射和透射。

当入射波的波长接近表面结构的周期时，会出现波束的衍射现象，导致特定频率的反射和透射受到限制。

2. 损耗频率选择表面的材料和结构会引入一定的损耗，主要包括电导损耗和电磁辐射损耗。

合理设计和优化结构可以减小损耗，提高频率选择性。

二、表面天线罩的设计与性能表面天线罩在通信系统中的应用主要有两方面：一是用于保护天线免受外界干扰和环境影响，二是用于实现天线的隐蔽性。

1. 隐蔽性通过使用频率选择表面天线罩，天线可以被遮挡而无法被外界观察到。

频率选择表面天线罩能够屏蔽入射波束，使其反射或透射的方向不被检测到，从而实现天线的隐蔽性。

2. 保护性能表面天线罩可以用于保护天线免受恶劣环境的影响，如酸雨、腐蚀、高温等。

通过优化罩的材料和结构，可以提高天线的耐久性和稳定性，并减小对天线性能的负面影响。

3. 抗干扰性能频率选择表面天线罩还能够减小天线在工作频段以外的干扰信号的干扰效应，提高通信系统的抗干扰能力。

4. 透射和反射特性表面天线罩的设计中需要考虑透射和反射的特性。

通过调整材料的电磁参数和结构的几何形状，可以实现对特定频率的透射和反射。

三、频率选择表面天线罩的应用表面天线罩在通信领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 隐蔽通信系统通过使用表面天线罩，可以实现隐蔽通信系统，保护通信内容的安全性。

表面天线罩可以屏蔽天线的电磁辐射，从而减小通信信号被敌对势力窃取的风险。

曲面频率选择表面：曲面频率选择表面（Curved Frequency Selective Surface, CFSS）是一种空间滤波器，能够实现频率选择和空间滤波的双重功能。

它通常由周期性排列的金属贴片或金属网格构成，具有对特定频率的电磁波进行反射或透射的特性。

曲面频率选择表面的设计方法包括立体打印技术、计算机辅助设计、有限元分析等。

在设计和制作过程中，需要考虑曲面的形状、金属贴片或金属网格的排布方式、金属贴片或金属网格的尺寸等因素，以确保曲面频率选择表面的性能。

曲面频率选择表面可以应用于各种领域，如雷达、通信、电子对抗等。

它可以作为空间滤波器，对特定频率的电磁波进行过滤和选择，从而提高系统的性能和稳定性。

同时，曲面频率选择表面也可以作为隐身材料，降低目标的雷达散射截面，提高目标的生存能力。

总之，曲面频率选择表面是一种具有重要应用价值的电磁波调控器件，可以实现对特定频率的电磁波进行选择、过滤和调控，为现代电子信息技术的发展提供了重要的技术支持。

拓展资料曲面频率是指电磁波在曲面表面上的传播速率。

在光学和电子工程领域，曲面频率被广泛应用于描述光波、电磁波和声波在曲面表面上的传播特性。

曲面频率通常用波矢量k表示，其中k是波矢量的大小，其方向与波的传播方向相同。

对于平面波，波矢量k是恒定的，而对于曲面波，波矢量k会随着曲面的形状和方向而变化。

曲面频率的传播速度通常比平面波的传播速度要慢，因为曲面波需要沿着曲面的形状进行传播。

在某些情况下，曲面波甚至可以在曲面表面上完全停止不动，形成驻波。

曲面频率的传播特性取决于曲面的形状、大小和方向等因素。

因此，在设计和应用曲面频率时，需要考虑这些因素对电磁波传播特性的影响。

宽带平面反射阵和多层频率选择表面研究及其应用1. 研究背景随着无线通信技术的飞速发展和普及，电磁波的利用和控制已成为现代科技领域的关键问题。

平面反射阵和频率选择表面（FSS）作为电磁波调控的重要工具，在雷达、卫星通信、无线通信、隐身技术等领域有着广泛的应用前景。

宽带平面反射阵能够实现对入射电磁波的宽频带、高效率反射，而多层频率选择表面则能够针对特定频率的电磁波进行选择性透射或反射。

深入研究宽带平面反射阵和多层频率选择表面的性能特点、设计原理以及应用技术，对于推动无线通信技术的发展、提升电磁波调控能力具有重要的理论和实际意义。

近年来，随着计算电磁学、材料科学、微纳加工技术等多学科的交叉融合，宽带平面反射阵和多层频率选择表面的研究取得了显著的进展。

新型材料和先进工艺的应用，使得阵列的反射透射性能得到了极大的提升，同时也为阵列的小型化、集成化、多功能化提供了可能。

随着应用需求的不断提升，阵列的宽带化、高效率、小型化、多功能化等仍然面临着诸多挑战。

本文将重点围绕宽带平面反射阵和多层频率选择表面的研究现状、设计原理、关键技术以及应用前景进行深入的探讨和分析，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考和借鉴。

2. 理论基础宽带平面反射阵和多层频率选择表面（FSS）的研究与应用，涉及多个电磁学、波动理论和信号处理的基础理论。

根据电磁波传播理论，电磁波在介质中的传播行为受介电常数和磁导率的影响。

对于宽带平面反射阵，关键在于通过设计特定的表面结构，实现对宽频带内电磁波的反射行为的有效控制。

这通常涉及到对表面结构单元的几何形状、尺寸和排列方式的精确设计，以达到期望的反射特性。

多层频率选择表面（FSS）的设计则依赖于FSS单元的电磁特性，包括透射、反射和散射等。

FSS能够对特定频率的电磁波进行选择性的透射或反射，从而实现空间滤波的功能。

多层FSS的设计则需要考虑层间耦合效应，以及如何优化多层结构以实现所需的频率选择特性。

FSS--相关知识整理一、基本概念1、频率选择表面(Frequency Selective Surface ,FSS) 是一种二维周期阵列结构,就其本质而言是一个空间滤波器,与电磁波相互作用表现出明显的带通或带阻的滤波特性。

FSS 具有特定的频率选择作用而被广泛地应用于微波、红外至可见光波段。

2、分类频率选择表面有两种：贴片类型也叫介质类型，开槽类型也叫波导类型。

贴片类型是在介质表面周期性的标贴同样的金属单元，一般而言是作为带阻型滤波器的；低频透射，高频反射；开槽类型是在金属板上周期性的开一些金属单元的槽孔，从频率特性相应上看是带通型频率选择表面；低频反射，高频透射。

3、频率选择表面的应用雷达罩：通过安装频率选择表面减少雷达散射截面积。

卡塞哥伦天线副反射面：实现波束的复用与分离。

准光滤波器：实现波束的复用与分离。

吸波材料：基于高损耗的介质，可以实现大带宽的吸波材料。

极化扭转：折线形的频率选择表面是一个线极化变成圆极化的极化扭转器。

天线主面：降低带外的噪声。

4、滤波机理图1 频率选择表面的滤波机理频率选择表面和一般意义上的通过电容、电感组成的滤波器在目的上是一致。

而滤波机理和有很大的区别（图1）。

最大的区别是，一般的滤波器作用的对象是电路中的电流，而且一般滤波器我们主要关心通带的波形是不是有畸变，而对于阻带就就不必关心了。

而频率选择表面是对于场的滤波器，不论是透射波还是反射波都是十分重要，不仅仅要关注其幅度、相位的变化，还要关心交叉极化和热损耗等。

A、贴片类型：在介质表面周期性的标贴同样的金属单元。

图2 贴片类型频率选择表面的等效电路滤波机理：假设电磁波入射从左向右入射到贴片型频率选择表面上。

在平行于贴片方向的电场对电子产生作用力使其振荡，从而在金属表面上形成感应电流。

这个时候，入射电磁波的一部分能量转化为维持电子振荡状态所需的动能，而另一部分的能力就透过金属丝，继续传播。

换言之，根据能量守恒定律，维持电子运动的能量就被电子吸收了。

频率选择表面对PET水泥基材料吸波性能的影响张月芳;郝万军;刘顺华【摘要】To solve environmental pollution problem caused by electromagnetic wave radiations,frequency selective surface(FSS) composite of cement-based electromagnetic wave absorbing material was prepared by using waste polyethylene terephthalate(PET) broken bottle chips and polypropylene fiber as electromagnetic wave absorbing materials and reinforcement.The waste PET chips have the advantages of low cost,light weight,thin thickness,high strength and simple processing technology.Three types of FSS such as closed,open and combined type were compounded on the surface of cement matrix.It greatly improves the absorbing properties in 2-18 GHz band.The combined type FSS with 1 ring has the best absorption performance in S band(2-4 GHz),the minimum value of reflection loss(RL) achieves-19.9 dB at 2.5 GHz and the ratio of less than-10 dB absorption band width is 47.5％.The influence of unit size and number on absorbing properties exhibits different characteristics between the S band and 4-18 GHz band.%为解决电磁环境污染问题,以废弃聚对苯二甲酸乙二酯(PET)塑料瓶碎片、聚丙烯纤维作为水泥基体的透波剂和增韧增强介质,在水泥基材料表面复合封闭式、开放式、组合式3组频率选择表面(FSS),制备了成本低、质量轻、厚度薄、强度高、加工工艺简单的FSS复合水泥基吸波平板试样.结果表明:FSS复合水泥基吸波平板试样在2～18 GHz频段的吸波性能有了较大的改善,环数为1环的组合式复合试样在2.5 GHz处的最小反射率为-19.9 dB,-10 dB以下的吸收带宽占了整个频段的47.5％;S频段(2～4 GHz)内FSS单元尺寸和个数对复合试样吸波性能的影响规律与4～18 GHz频段表现出不同的特性.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2018(021)001【总页数】7页(P117-123)【关键词】水泥基吸波材料;聚对苯二甲酸乙二酯(PET);频率选择表面;阻抗匹配;S 频段【作者】张月芳;郝万军;刘顺华【作者单位】海南大学材料与化工学院,海南海口570228;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116085;海南大学材料与化工学院,海南海口570228;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116085【正文语种】中文【中图分类】TB34;TU52现代社会中，电磁辐射对空间环境的污染会在一定程度上影响人类的生存和发展，危害人体的健康.目前，水泥基材料的电磁波吸收功能主要是通过外掺超微粉、纤维、磁性铁氧体等各种吸波剂来达到的[1-2].另外，发泡聚苯乙烯(EPS)[3]、膨胀玻化微珠[4]等透波剂的掺入虽然能改善水泥基材料与自由空间的阻抗匹配特性，但会降低其力学性能.在中继、卫星通信、雷达以及日常生活中广泛使用的蓝牙、无线路由器、微波炉等工作频段都在S频段(2～4GHz)，而已有文献对S频段的吸波性能或未进行测试，或所测得的吸波性能并不理想.因此，针对S频段电磁污染的民用水泥基吸波建材进行研究，具有实际应用价值.频率选择表面(FSS)是一种利用周期性的金属缝隙或者贴片单元对电磁波产生带通或带阻特性的空间滤波器.在吸波材料中复合FSS结构，通过调节结构单元的形状、尺寸、介质的加载方式等可以改变材料的等效电磁参数，改善其阻抗匹配特性，减小厚度，优化吸波性能[5].对于FSS微波低频段(1～4GHz)的传输特性研究，尹柏林等[6]通过对传统方环形结构进行规则地弯折和加入枝节，实现了低频FSS的小型化设计；周栋等[7]设计制备了谐振频率为1.8～4.4GHz的碳纤维导电复合材料单层和双层FSS；Chen等[8]通过在磁性吸波材料中嵌入多层FSS结构，制备了1～2GHz吸波性能良好的吸波体；Holtby等[9]研究了在几何渐变吸波体中复合FSS对其低频吸波性能的影响.但是，将FSS用于水泥基吸波材料中还未有文献报道.随着聚对苯二甲酸乙二酯(PET)塑料瓶在各种液体食品包装中的广泛应用，其废弃后对环境的污染问题不容忽视.近些年来，一些学者开始研究回收PET瓶来生产聚合物混凝土或PET纤维增强混凝土，但因成本居高不下，用量并不多，而将PET瓶碎片作为水泥的轻集料是其回收利用的比较经济有效的方法.研究表明，掺入PET会使水泥或混凝土的力学性能如抗压强度、抗折强度略有下降，而弹性模量增大，吸水率降低[10].另外，PET是一种很好的透波材料，考虑到实用性、经济性及其对材料力学性能的影响，本文以废弃PET瓶碎片、聚丙烯纤维作为水泥基体的透波剂和增韧增强介质，并在水泥材料表面分别复合封闭式、开放式、组合式3组频率选择表面，制备了成本低、质量轻、强度高、加工工艺简单的FSS复合水泥基吸波平板试样，研究了3种结构单元尺寸和个数变化对试样吸波性能的影响.1 试验1.1 原材料海南华盛天涯水泥有限公司生产的复合硅酸盐42.5水泥，其28d抗压强度为42.2MPa.山东鸿聚工程材料有限公司生产的聚丙烯短切(PF)纤维，直径为18～48μm，切断长度为3mm.由矿泉水瓶切碎后清洗烘干得到的不规则形状PET碎片，尺寸2～ 8mm.厦门集捷电子科技有限公司生产的导电铝箔胶带，厚度0.06mm. 1.2 试样制备(1)水泥基板的制备：把纯水泥和聚丙烯纤维倒入UJZ-15型砂浆搅拌机内搅拌3min使纤维分散均匀，再按水灰比(mW/mC)0.35慢慢加入水和经过预处理的PET碎片，搅拌5min后，倒入18cm×18cm，厚度为2cm的模具中，人工振实成型，静置24h后脱模，置于20℃水箱中养护28d；将养护好的水泥基板置于烘箱中低温干燥，直至其质量不再变化.(2)电磁参数试样的制备：将上述充分搅拌混合后的水泥浆料静置10h初凝后，用专用模具压制成外径7mm，内径3mm的中空圆柱形样品，再截取中间部分打磨成厚度为4mm的同轴管试样，同样养护28d后低温干燥.(3)FSS的制备：利用CAD绘图软件设计出FSS的结构单元并打印出来，裁剪成18cm×18cm大小，在相应的位置上粘上铝箔胶带.(4)FSS复合水泥基吸波平板的制备：把水泥基板与FSS用黏结剂复合，制成FSS复合水泥基吸波平板试样.试样设计如表1所示.表1 试样设计表Table 1 Design of samplesAggregatetypeAggregatecontent(byvolume)/%CementslurryCeme ntsubstratethickness/cmFSSstructureNothing0mW/mC=0 3512NonPFfiber3mW/mC=0 351 2Closedtype，opentype，combinedtypePET20mW/mC=0 351 2Closedtype，opentype，combinedtype1.3 性能测试试样吸波性能采用HP8720B矢量网络分析仪，用弓形法进行测试，测试结果用反射率值R来表示.电磁参数用同轴管法测量，将试样置于校准的同轴传输反射系统中，用HP8720B矢量网络分析仪采集数据、测试频率均为2～18GHz.2 FSS复合水泥基吸波材料的等效电路分析根据传输线理论，FSS复合水泥基吸波材料可等效为如图1所示的等效电路[11].其中，FSS单元可等效为RLC并联或串联电路，水泥基板等效为一段一定长度的传输线，而金属背板相当于终端短路，输入阻抗为0.FSS等效电路中的反射率R 由铝箔电阻损耗和辐射损耗决定，L和C则由周期结构单元的几何形状和大小决定.图1中L1为水泥基板的等效传输线长度.图1 FSS复合水泥基吸波平板结构及其等效电路图Fig.1 Structure and equivalent circuit of FSS composite cement absorbing plate第一层界面处输入阻抗为：Zin1=Z1tanh(γ1d1)(1)第二层FSS表面输入阻抗为：(2)式中：Z1为水泥基板的特征阻抗，；为水泥基板的传播常数；ε0和μ0是真介电常数和磁导率，ε1和μ1是水泥基板的相对复介电常数和相对复磁导率；Z2=R2+jX2，R2和X2分别为FSS层(第二层)的电阻和电抗；L1=d1，L2=0.垂直入射时，表层端面处的反射系数为:(3)反射率为:(4)式中：Z0为空气的特征阻抗，3 试验结果与分析3.1 水泥基板的电磁参数吸波材料复电磁参数的实部代表电磁能量的存储能力，而虚部表示能量的损耗特性.图2(a)，(b)分别是纯水泥板和聚丙烯纤维增强PET水泥基板的电磁参数实部和虚部.由图2可见，2种水泥板的复磁导率μ值基本相同，实部(μ′)介于1.0～1.1，虚部(μ″)介于0.01～0.02，说明两者基本没有磁损耗.纯水泥板的复介电常数ε的实部(ε′)均值和虚部(ε″)均值分别是5.00和0.08，随频率的变化不明显，基本保持一条直线；聚丙烯纤维增强PET水泥基板的复介电常数ε的实部(ε′)为4.1～4.7，随频率增大而略有下降，虚部(ε″)在0.02～0.08间波动，这说明2种水泥板都会使入射电磁波产生比较微弱的介电损耗.根据有效介质理论，水泥基复合材料的有效介电常数εeff取决于材料中的各组分[12]：(5)图2 2种水泥板的电磁参数Fig.2 Electromagnetic parameters of cement plates式中：pi为第i组分的体积分数；εi是第i组分的复介电常数.聚丙烯纤维的介电常数是1.5，PET的介电常数为3.2左右，复合水泥基板的电磁参数测试结果与式(5)基本符合.聚丙烯纤维和PET都属于无损耗的透波材料，它们的加入降低了水泥基板的介电常数实部.从式(1)，(3)可以看出，材料的介电常数和磁导率数值越接近，其阻抗匹配越好，反射率越小，吸波性能越好.3.2 不含FSS的水泥基板吸波性能图3为复合FSS前纯水泥板和聚丙烯纤维增强PET水泥基板的吸波性能.由图3可知，水泥基板的反射率曲线起伏要强于纯水泥板，在部分频段其吸收性能有较大改善，在12.0GHz和16.8GHz处产生了2个干涉相消的吸收峰.但水泥基板反射率在2～18GHz 整个频段均在-10dB以上，2～7,9～11GHz的平均反射率则在-3dB以上，达不到电磁防护要求.3.3 封闭式FSS复合水泥基吸波平板的吸波性能封闭式FSS的单元设计如图4所示，图中黑色部分为贴膜部分.环形单元是由8个直角三角形绕着中间的小圆围成的，其中01，02和03号图样分别为1环、2环和3环结构.图5(a),(b)分别为2～4GHz 和4～18GHz频段封闭式FSS复合水泥基吸波平板试样的反射率曲线.图3 无FSS水泥基板的吸波性能Fig.3 Absorbing properties of FSS free cement plates从图5(a),(b)可以看出，与未加FSS的水泥基板相比，复合01，02和03号图样的试样吸波性能和吸波带宽均有改善.在整个2～18GHz频段，复合01号图样的试样吸收峰分别在2.8，7.0，11.7，16.5GHz处，且最大吸收峰值为-15dB；复合02号图样的试样吸收峰在2.7，6.9，11.7，16.8GHz处，其反射率虽然在2～18GHz整个频段均处于-10dB以上，但吸波曲线比较平缓，全频带吸波性能都有改善；复合03号图样的试样吸收峰分别在2.2，6.9，11.7，16.0GHz 处，最大吸收值达-22dB，-10dB以下的吸收带宽占了整个频段的25%.整体分析可知，复合03号图样的试样吸波效果最好.由图5(a)可知，在2～ 4GHz频段，与3环结构的03号图样复合的试样吸波性能最好，在2.2GHz处达到了最大吸收值-11.9dB，但其带宽和吸收率优化都还不够理想.图4 封闭式FSS图样设计Fig.4 FSS design of closed type(size:cm)图5 封闭式FSS复合水泥基吸波平板试样的吸波性能Fig.5 Absorbing properties of closed FSS composite cement plates复合FSS对水泥基板吸波性能的优化机理可以概括为以下几点：(1)封闭式单元内包含了方形和环形结构，二者优化叠加时引入了高、低频的吸波谐振频率，产生了多个吸收峰.(2)随着环数增加，各复合试样的吸波性能变好，吸收峰向低频方向移动.这可以用上面等效电路模型来解释，环数的增加可使谐振单元的尺寸和间距变小，并联入电路的FSS电抗增大，电纳减小，阻抗匹配性能优化，同时使谐振频率降低.因此，可以较方便地通过调节FSS谐振单元的形状和尺寸来进行阻抗调整，控制谐振频率.(3)FSS表面处的初次反射波和透射入水泥基体中的多次反射波之间会产生干涉损耗.(4)FSS层构成了一个导电网络，入射电磁波在铝箔表面会感应出趋肤电流，产生涡流损耗而将部分电磁波能量转化为热能耗散掉.3.4 开放式FSS复合水泥基吸波平板的吸波性能图6为开放式FSS图样设计.如图6所示，04，05和06号为开放式开口谐振环形状，谐振单元的个数分别为1个、4个和9个，环线宽度分别为1.2，0.6，0.4cm，连接谐振环两端的线段宽度分别为1.8，0.9，0.6cm.图7(a)，(b)分别为开放式FSS复合水泥基吸波平板试样在S频段(2～4GHz)和4～18GHz频段的反射率曲线.图6 开放式FSS图样设计Fig.6 FSS design of open type(size:cm)图7 开放式FSS复合水泥基吸波平板的吸波性能Fig.7 Absorbing properties of open FSS composite cement plates从图7(a)，(b)可以看出，与未复合FSS的水泥基板相比，复合04，05，06号图样的试样反射率曲线都向低频方向移动，这与复合封闭式结构试样的变化规律一致.但与复合封闭式结构试样相反的是，随着FSS谐振单元个数的增加，各试样的吸收峰位置向高频方向移动.在2～18GHz，复合04号图样的试样吸收峰分别在2.1，6.7，11.4，16.0GHz处，最大吸收峰在16.0GHz处达到-23dB，-10dB以下的吸收带宽占了整个频段的19%；复合05号图样的试样吸收峰分别在2.2，6.8,11.7，16.2GHz处，且最大吸收峰在6.8GHz处达到-28dB，-10dB 以下的吸收带宽占了整个频段的28%；复合06号图样的试样吸收峰分别在2.4，7.1，11.5，16.4GHz处，最大吸收峰在11.5GHz 处达到-21dB， -10dB以下的吸收带宽占了整个频段的28%.从以上数据分析可知，在各波段吸收峰处，3个复合试样的吸波性能各有优势.由图7(a)可知，在S频段(2～4GHz)，与06号图样(9个谐振单元)复合的试样在2.4GHz处的反射率达到了-22.6dB，-10dB以下的吸收带宽占了整个频段的40%，已经能满足S带电磁防护的要求.开放式开口谐振环FSS设计的吸波机理与封闭式相同，都是依据FSS的电磁谐振机制，通过改变谐振单元形状及尺寸来调节复合材料的等效输入阻抗和耦合振荡频率.不同的是封闭式设计以电偶极子谐振为主，而开口谐振环结构在入射电磁波磁场诱导下会感生出一个环形电流，产生的感应磁场方向与外加磁场方向相反，导致强的磁谐振，从而促进材料对电磁波的吸收.3.5 组合式FSS复合水泥基吸波平板的吸波性能在封闭式FSS和开放式FSS研究的基础上进行了简化和复合处理，设计了组合式的FSS单元(见图8)，研究单元中闭合环个数对吸波平板吸波性能的影响.图8中07，08和09号图样的固定线宽为4mm，外框多边形边数为6，环数分别为1环、2环、3环.图9为组合式FSS复合水泥基吸波平板试样的吸波性能.图8 组合式FSS图样设计Fig.8 FSS design of combined type图9 组合式FSS复合水泥基吸波平板试样的吸波性能Fig.9 Absorbing properties of combined FSS composite cement plates由图9(a)可见，在S频段(2～4GHz)，组合式1环、2环和3环设计都有很好的优化效果.复合09号图样的试样吸收峰在2.8GHz处，吸收峰值为-15.7dB，-10dB以下的吸收带宽占了整个频段的37.5%；复合08号图样的试样吸收峰在2.8GHz处，峰值为-16.0dB，-10dB以下的吸收带宽占了整个频段的40%；复合07号图样的试样吸收峰在2.5GHz 处，峰值达到了-19.9dB，-10dB以下的吸收带宽占了整个频段的47.5%.由此可见，复合07号图样的试样吸收峰值和带宽都最佳.图9(b)中，与未复合FSS的水泥基板相比，各复合试样在4～ 18GHz频段的吸收峰位置同样向低频方向移动，但移动幅度没有封闭式和开放式结构的大；随着闭合环数的增加，3个吸收峰的位置基本不变，说明组合式结构中闭合环个数对吸收峰位置影响不大，即对谐振频率影响不大；随着环数的增多，各复合试样的吸波性能增强，但整体吸波效果不及封闭式和开放式设计.4 结论(1)以废弃PET瓶碎片、聚丙烯纤维作为水泥基体的透波剂和增韧增强介质，可降低水泥基体的介电常数，改善阻抗匹配，产生干涉损耗，提高吸波性能.同时，能实现PET塑料瓶的低成本大量回收利用，有利于节约资源和保护环境.(2)通过对FSS吸波原理的等效电路分析，设计了封闭式、开放式、组合式3种结构的FSS图样，与纤维增强PET水泥基板复合后，使其2～ 18GHz频段的吸波性能有了很大提高，特别是对S频段的优化效果最为明显；3种设计都达到了S带电磁防护的要求，且工艺简单，厚度薄，成本低.(3)3种结构中，在S频段(2～4GHz)，环数为1环的组合式图样复合试样吸波性能最佳，其在2.5GHz处的最小反射率为-19.9dB，-10dB以下的吸收带宽占了整个频段的47.5%.在4～18GHz频段，有4个谐振单元的开放式FSS结构的复合试样吸波性能最好，其有效吸收带宽为28%.研究还发现，S频段内FSS图形环数和个数对复合试样吸波性能的影响规律与4～18GHz频段表现出不同的特性.参考文献：[1] WANG Z J,ZHANG T,ZHOU L.Investigation on electromagnetic and microwave absorption properties of copper slag-filled cementmortar[J].Cement and Concrete Composites,2017,74:174-181.[2] 熊国宣，叶越华，左跃,等．锰锌铁氧体水泥基复合材料吸波性能的研究[J]．建筑材料学报，2007，10(4)：469-473.XIONG Guoxuan,YE Yuehua,ZUO Yue,et al.Study on absorption properties of cement based composite materials by doping Mn-Zn ferrite[J].Journal of Building Materials,2007,10(4):469-473.(in Chinese)[3] LI B Y,DUAN Y P,ZHANG Y F,et al.Electromagnetic wave absorption properties of cement-based composites filled with porousmaterials[J].Materials and Design,2011,32(5):3017-3020.[4] 贾兴文，吴洲，张亚杰，等.石墨膨胀玻化微珠砂浆的吸波性能[J].建筑材料学报，2013,16(3):396-401.JIA Xingwen,WU Zhou,ZHANG Yajie,et al.Microwave absorbing properties of the graphite expanded and vitrfied small ball mortar[J].Journal of Building Materials,2013,16(3):396-401.(in Chinese)[5] PANWAR R,PUTHUCHERI S,AGARWALA V,et al.Fractal frequency-selective surface embedded thin broadband microwave absorber coatings using heterogeneous composites[J].Transmission MicrowaveTheroy,2015,63:2438-2448.[6] 尹柏林，陈明生，刘湘湘,等.基于方环形单元的新型频率选择表面设计[J].微波学报，2016(1):57-60.YIN Bailin,CHEN Mingsheng,LIU Xiangxiang,et al.Design of new structural frequency selective surfaces based on square ring[J].Journal of Microwave Science,2016(1):57-60.(in Chinese)[7] 周栋，徐任信，王钧,等.碳纤维复合材料FSS电磁传输损耗性能研究[J].武汉理工大学学报，2015，37(12):1-5.ZHOU Dong,XU Renxin,WANG Jun,et al.Research on electromagnetic transmission loss properties of carbon fiber composite FSS[J].Journal of Wuhan University of Technology,2015,37(12):1-5.(in Chinese)[8] CHEN H Y,ZHANG H B,DENG L J.Design of an ultra-thin magnetic-type radar absorber embedded with FSS[J].Antennas and Wireless Propagation Letters, 2010(9):899-901.[9] HOLTBY D G,FORD K L,CHAMBERS B.Geometric transition radar absorbing material loaded with a binary frequency selectivesurface[J].Radar,Sonar & Navigation,2011(5):483-488.[10] CHOI Y W,MOON D J,KIM Y J,et al.Characteristics of mortar and concrete containing fine aggregate manufactured from recycled waste polyethylene terephthalate 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三维频率选择表面一、引言频率选择表面（FSS）是一种重要的电磁特性材料，能够实现特定频率的电磁波的传输和反射。

传统的二维频率选择表面已经得到了广泛的应用，但是随着科技的发展，人们对频率选择表面的性能和应用领域提出了更高的要求。

因此，三维频率选择表面应运而生，具有更高的灵活性和更广泛的应用前景。

二、三维频率选择表面的基本原理频率选择表面的工作原理主要是利用金属或半导体的薄膜或贴片在特定频率下呈现出不同的电导性和介电常数，从而实现对电磁波的传输和反射。

三维频率选择表面则是将传统的二维结构扩展到三维空间，通过设计不同形状和大小的单元结构，实现对不同方向和角度的电磁波的传输和反射。

三、三维频率选择表面的研究现状目前，国内外对三维频率选择表面的研究主要集中在设计方法、制备工艺和性能优化等方面。

一些最新的研究成果已经展示了三维频率选择表面的巨大潜力。

例如，一种基于FDTD算法的三维频率选择表面设计方法，可以实现精确的电磁波控制和优化；一种基于纳米压印技术的三维频率选择表面制备工艺，可以获得高精度、高稳定性的结构；一种具有高透射率和宽频带的三维频率选择表面，可以实现高效的电磁波传输和反射。

四、三维频率选择表面的应用领域三维频率选择表面具有广泛的应用领域，包括军事、通信和雷达系统等。

在军事领域，三维频率选择表面可以实现雷达隐身、红外隐身和电磁防护等功能；在通信领域，三维频率选择表面可以用于天线设计、电磁屏蔽和电磁兼容等方面；在雷达系统领域，三维频率选择表面可以用于雷达信号处理、目标识别和跟踪等方面。

五、三维频率选择面的挑战与解决方案尽管三维频率选择表面具有广泛的应用前景，但也面临着一些挑战，如制造工艺、性能提升和应用拓展等。

针对这些问题，可以采取一些解决方案，如采用先进的纳米压印技术实现高精度结构制备；通过优化设计方法和制备工艺提高三维频率选择表面的性能；拓展三维频率选择表面的应用领域，如生物医学、环境监测等领域。

第27卷　第6期2007年12月 航　空　材　料　学　报JOURNAL OF AERONA U TI C AL MATER I ALSVol 127,No 16　December 2007电阻型容性频率选择表面吸收体吸波性能研究刘海韬,　程海峰,　成绍军,　唐耿平,　周永江(国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室,长沙410073)摘要:提出一种由Sa lis bury 屏衍生而成的新型雷达吸波材料———电阻型容性频率选择表面(FSS)吸收体。

采用有限元软件对吸波性能进行研究。

研究表明,FSS 单元方阻R,参数p 和a 以及介质层厚度h 对FSS 吸收体吸波性能均有较大影响。

通过大量计算发现,FSS 单元方阻在100～200Ω/□之间,p 取0105时具有较好的吸波性能。

发现重要的“2h 规则”。

指出在介质层厚度较大的情况下很难充分发挥FSS 的作用,一般要求介质层厚度不大于5mm 。

通过实验对数值计算结果进行验证,结果表明两者基本吻合。

另外,数值计算以及实验结果均表明,通过合理的参数选取,与Sa lis bury 屏吸收体相比而言,FSS 吸收体可在厚度较小的情况下实现低频吸收,并且具有较好的带宽特性。

关键词:FSS 吸收体;雷达吸波材料;Sa lis bury 屏;有限元;吸波性能中图分类号:T B 34 文献标识码:A 文章编号:100525053(2007)0620069206收稿日期6228;修订日期232作者简介刘海韬(8—),男,博士研究生,主要从事雷达吸波材料和伪装技术研究,(2)xz @631。

本研究的这种新型吸波结构是由传统Sa lisbury 屏衍生而成的,即将电阻型容性频率选择表面(FSS )(图1a )代替Salisbury 屏中的电阻片构成雷达吸波材料,利用FSS 特殊的频率选择、极化选择以及电气阻抗特性,从而对吸波性能产生较大改善[1～3]。

本工作主要对这种由Salisbur y 屏衍生出的吸波结构进行研究,将其称为电阻型容性FSS 吸收体,简称FSS 吸收体,结构如图1b 。

频率选择性表面的设计与应用发展研究频率选择性表面（Frequency Selective Surface, FSS）是由微结构组成的“二维材料”，可以实现对电磁波的选择性透射和反射。

近年来，随着5G、物联网、人工智能等技术的发展，FSS的应用越来越广泛。

本文将探讨FSS的设计原理、制备技术和应用发展研究。

一、FSS的设计原理FSS的基本构成单元是具有周期性结构的介质和导体，通过设计介质的大小、形状和排列方式，可以让FSS对不同频率的电磁波有不同的响应。

FSS可以实现下列功能：1. 选择性透射（Selective Transmission）：对特定频率的电磁波有很好的透过性，而对其他频率的电磁波具有良好的反射性能。

2. 阻挡性反射（Broking）：对特定频率的电磁波具有良好的反射性能，而对其他频率的电磁波有较好的透过性能。

3. 选择性反射（Selective Reflection）：对特定频率的电磁波在某一角度有很好的反射性能，而对其他频率的电磁波则具有较好的透射性能。

因此，FSS不仅可以实现满足通信设备对频率选择性射频器件的需求，还可以应用于消除电磁干扰、电磁隔离等方面，具有广泛的应用前景。

二、FSS的制备技术FSS的制备技术主要包括电子束光刻、光刻、化学气相沉积、电子束蒸发、离子束镀膜等方法。

随着纳米技术的发展，可通过纳米加工技术来制备FSS，例如透过纳米微粒的“自组装”技术、黄光微影技术、原子层沉积技术和纳米打印技术。

虽然不同的制备技术各有特点，但主要还是有两点需要考虑，一是制备FSS需要非常精确的尺寸控制和周期控制，二是需要在足够大的量级下制备，并且需要在不同的材料和基板上制备，用于不同场合的定义需求。

三、FSS的应用发展研究1. 通信领域FSS主要应用于通信领域中，例如作为天线的频率选择性反射表面，可以改善通信信号和设备之间的互相干扰，同时，也有望用于解决电磁干扰问题。

2. 物联网和人工智能领域物联网和人工智能必须面临高速通信的挑战，而FSS可以显著减少电磁波阻碍，从而实现更高效的通信。

摘要近年来，频率选择表面（Frequency Selective Surface, FSS）作为空间滤波器，被广泛应用于雷达天线罩、天线副反射器、吸波体以及电磁屏蔽等。

由于其独特的滤波特性，越来越受到研究人员的关注。

相比于二维FSS来说，三维（Three-Dimensional，3D）FSS具有更大的设计自由度，在单元结构中可以构建多个谐振模式，由此产生多个传输零极点，从而提高FSS的性能。

本文提出了三种新型的三维单元结构，并以此为基础设计了一系列具有双极化、高选择性、良好的角度稳定性以及较小的电尺寸等优势的3D FSS。

具体研究内容如下：1.提出了一种由上下端面刻蚀相同谐振单元的介质方块和方波导组合而成的新型三维单元结构。

借助上下端面谐振单元之间的电磁耦合作用，将原有谐振单元的单一谐振模式耦合分裂为奇模和偶模两种模式，产生了多个传输零极点，由此设计了一系列高性能的3D FSS。

通过在介质方块的上下端面加载正方形贴片、方环、双方环、三方环谐振单元，分别设计了宽频带通FSS、准椭圆响应带通FSS、小通带比双频带通FSS和高选择性三频带通FSS。

在上下端面加载方环的单元结构基础上，通过在介质方块中间层加载同心方环，分别设计了三阶带通3D FSS和多层互补三频带通3D FSS。

运用等效电路模型对上述FSS的工作原理进行了分析，并研究了结构参数的变化对FSS性能的影响。

最后，对准椭圆响应带通FSS、三阶带通FSS和小通带比双频带通FSS三个实物进行了加工、组装和实验测试。

2.提出了一种由改进型方同轴波导（Square Coaxial Waveguide，SCW）路径和平行板路径（Parallel Plate Waveguide，PPW）组合而成的新型三维单元结构。

首先，分析了新型单元结构的演变过程，并以此为基础设计和仿真了一个具有准椭圆响应的带通3D FSS。

为了说明其工作原理，对传输零极点处的电场矢量分布进行了分析。

fss 频率选择表面今天，我们将一起来讨论“FSS频率选择表面”。

FSS（复杂表面波导）频率选择表面是一种微纳米技术，它可以用来改变和控制电磁波的传播。

它是一种大面积、弹性和低成本的电磁掩模，可以用来控制或分离空间频谱上的信号。

FSS可以用来创建高分辨率的电磁模拟，以进行复杂的天线和电磁参数测量。

这种技术可以极大地提高通信系统的信号传输效率，并最大限度地减少多普勒效应对信号质量的负面影响。

FSS频率选择表面也可以用于改善无线电视系统的信号效率，以及从电磁目标和多路径干扰中获取有效信息。

FSS频率选择表面由大量的空间频率分布的结构组成。

它们常常由金属网格或复杂的带状结构组成，并通过两个特定的基本几何特征进行表征，即平均轮廓和平均孔径尺度。

为了实现高效的电磁模拟，FSS表面需要仔细地设计，以使其在指定频率范围内具有良好的反射和屏蔽性能。

在FSS频率选择表面的设计中，需要考虑常数、频率和尺寸效应。

通常情况下，FSS表面的大小被定义为由频率决定的特定尺寸，并考虑其他因素，如表面的大小和结构的形状。

设计过程还包括确定使用的材料，因为材料可以影响表面的性能。

FSS频率选择表面的制造也是一个重要的步骤，通常包括特殊的制造技术或复杂的空间结构。

制造过程可以采用多种技术，其中包括纳米技术、微型加工技术，以及激光刻蚀技术等。

此外，FSS频率选择表面的测试和评估也是重要的，它能够提供有关性能的准确信息。

这包括测量反射系数和屏蔽系数，并确定表面是否能够在预定义的范围内实现有效的电磁模拟。

从以上内容可以看出，FSS频率选择表面是一种优秀的电磁模拟技术，它可以通过改善无线电视系统的信号传输效率和提高通信系统的信号传输性能来改善网络质量。

但是，这需要设计、制造和测试步骤，以确保FSS表面能够实现有效的电磁模拟。