毫米波頻率選擇表面與天線覆層研究.pdf

1、隨著毫米波技術(shù)的不斷發(fā)展，毫米波器件與天線在軍事和民用通信系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛。在毫米波通信系統(tǒng)終端，對(duì)天線的尺寸、增益和波束調(diào)控要求越來(lái)越高。頻率選擇表面(Frequency SelectiveSurface, FSS)是一種由諧振單元按二維周期性排列構(gòu)成的單層或多層平面或立體結(jié)構(gòu)，對(duì)電磁波有頻率選擇作用，被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)天線罩或高增益天線覆層。法布里-珀羅(Fabry-Perot, FP)天線是由饋源、反射板和部分反射表面構(gòu)成的諧振式

2、天線，具有低剖面、高增益、高定向性、加工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。FP諧振天線的部分反射表面一般采用金屬型頻率選擇表面作為天線覆層。石墨烯作為碳基二維薄膜材料，具有高透光率、可控電導(dǎo)率、高機(jī)械強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)良特性，與傳統(tǒng)金屬FSS可以構(gòu)成可調(diào)控的復(fù)合型頻率選擇表面。
　　本文主要研究毫米波頻率選擇表面及其在高增益低剖面FP諧振天線中的應(yīng)用。采用波導(dǎo)端面縫隙天線作為天線饋源，金屬貼片頻率選擇表面（FSS）和石墨烯復(fù)合型頻率選擇表面分別作為部分

3、反射表面，設(shè)計(jì)了多款新型毫米波FP諧振天線，主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.基于金屬貼片陣列頻率選擇表面的基本理論，設(shè)計(jì)了中心頻率為25GHz的毫米波頻率選擇表面（FSS），研究了其傳輸與反射特性；
　　2．基于波導(dǎo)端面縫隙天線和FP諧振天線設(shè)計(jì)理論，分別采用金屬反射板和人工磁導(dǎo)體(AMC)反射板設(shè)計(jì)了兩種中心頻率為25GHz的金屬貼片F(xiàn)SS覆層的毫米波天線，其工作頻率處的最大增益分別為16dBi和15.1dBi，厚度分別為

4、6mm和3.7mm，對(duì)加載FSS覆層的兩種毫米波FP諧振天線進(jìn)行了加工測(cè)試，驗(yàn)證了仿真結(jié)論；
　　3.研究了石墨烯與金屬貼片陣列復(fù)合型FSS的傳輸與反射特性，基于石墨烯復(fù)合型FSS覆層分別設(shè)計(jì)了金屬反射板和AMC反射板的兩款毫米波FP諧振天線。通過(guò)改變石墨烯的表面電阻率控制天線增益和波束寬度。仿真結(jié)果表明，當(dāng)石墨烯表面電阻率從5000Ω/sq減少到50Ω/sq，加載金屬反射板的天線最大增益由15dBi降低到10dBi，E面3dB波