S/X波段频率选择副反射面的设计与测试
1 引言
频率选择面(Frequency selective surface,简称FSS)是一种周期阵列结构,由无源谐振单元(金属贴片或孔径)按一定的排列方式构成。FSS的周期性结构与电磁波的相互作用使其具有频率选择特性,当入射波频率在贴片或孔径单元的谐振频率点附近时,FSS表现出对入射波全反射(贴片型)或全透射(孔径型)特性,FSS具有空间滤波的功能。正是由于频率选择表面的空间滤波性能,FSS的应用十分广泛。例如在反射面天线设计中,利用频率选择表面用作副反射面,实现天线多频段工作[1];在微带天线设计中用FSS覆层结构改善天线增益性能[2];又如在雷达系统中,用频率选择表面作为天线罩,在雷达工作频段显现传输特性,带外频率几乎全部反射,从而有效的缩减飞行器的RCS,从而提高雷达天线的隐身性能[3]。本文介绍了频率选择副反射面的工作原理,简述了模式匹配法分析频率选择副反射面的方法,并给出了某工程应用的S/X波段4.2m天线频率选择副反射面设计及测量结果。
2 频率选择副反射面的工作原理
利用了FSS 作为副反射面实现同一部反射面天线多馈源、多频段同时工作。系统的主反射抛物面和副反射双曲面的焦点重合,并且轴向位置也相同。图1所示为S/X波段FSS副面的抛物面天线工作原理图。抛物面天线的副反射面为频率选择表面,对X波段馈源来说,FSS副反射面是完全反射或近似全反射的,FSS副面可与金属副面相比拟;而对于S波段馈源FSS副反射面是全透射或近似全透射的。
S/X频段抛物面天线的工作原理是:X频段馈源喇叭发射电磁波信号至FSS副反射面,由于FSS对X 频段的信号是全反射的,经过FSS反射作用,反射波传播方向正好与从抛物面焦点发出的电磁波传播方向一致。再经过抛物面天线主反射面反射,沿抛物面的轴向平行方向发射。而FSS对于S馈源频段的信号是全透射的,S频段的信号到达FSS时全部透射出来,并沿着原来的路径传播。这样当处于抛物面焦点的S频段馈源发出的信号透过FSS并射向天线主反射面时,在主反射面处信号发生反向传播,沿与轴向平行的方向发射。这样就实现了双频信号共用一部抛物面天线的目的,实现了反射面天线的频率复用,大大提高了抛物面天线的利用率。
2011-2015年,台湾对大陆水产品的贸易主要是鱼类及其制品和软体类及其制品,其他产品则较少;其中,鱼类及其制品和软体类及其制品的贸易量逐年增加,尤其是前者的贸易量增加较多;而甲壳类及其制品、饲料用鱼粉和其他水产品的贸易量均无明显的变化(见图7)。
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/f6272e1a10ceb74d6eee75f41ca71552.png)
图1 S/X频段抛物面天线的FSS副面工作示意图
3 频率选择副反射面的分析设计
目前,频率选择表面图形一般分为圆形和中心辐射形两种[4],圆形又可细分为圆环、十字环和方环等;中心辐射形通常分为十字和Y型图案等。在分析频率选择表面时通常假设:FSS为无限大周期性分布平面阵;FSS单元为在无限薄的理想导体;频率选择表面入射电磁波为均匀平面波。频率选择表面分析设计方法有频域分析法、模式匹配分析法、有限元法和时域有限差分法等等[5]。采用模式匹配法分析设计十字结构的FSS副面。图2所示为分析设计十字结构频率选择表面的坐标原理图。
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/70b617748d047e4618c6de59c062a3e0.png)
(a) 十字单元周期结构坐标系 (b) FSS表面电磁波传播坐标系图2 分析设计十字结构频率选择表面的坐标系
图2中,dx表示十字单元周期结构X轴方向的间距,dy表示十字单元周期结构Y轴方向的间距,w表示十字单元臂宽,l表示十字单元臂长。当平面电磁波以(θ,φ)入射FSS时,根据Floquet定理可将FSS周期的场用相对于Z轴的TE和TM模式来表示,则相对于Z轴的横向电场的TE和TM模式函数为[6]:
TE模:
频率选择副面传输系数和反射系数采用远场直接法进行测量[7]。待测频率选择副面安装在一块位于远场处的金属屏的中央窗口上,不同入射角的特性可由金属屏的简单转动获得。金属屏尺寸足够大,确保发射喇叭和接收喇叭之间屏蔽。此外在金属屏上粘贴微波吸波材料,以减少金属屏及安装窗口的边缘绕射的影响,提高测量精度。图4所示用矢量网络分析仪测量频率选择副面特性的原理框图。图4中R1为发射喇叭到金属吸波屏之间距离,满足天线远场测试距离条件。R2为接收喇叭与金属吸波材料屏之间距离,等于天线馈源喇叭至副反射面天线之间的距离。
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/92e910b371f4aad135cabdffeee8c682.png)
(1)
TM模:
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/ac64bf842121549451563ef55ad7a133.png)
(2)
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/d7607277f491434f2b35b9a2c1d4894f.png)
(3)
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/4084d8c3c734fd8821e13341759c38d9.png)
(4)
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/8ae67f2ef1b965b4b0ebab20a705ec1f.png)
(5)
式中:k为传播常数;(θ,φ)为FSS电磁波的入射角;p、q为整数,等于0,±1,±2……。
模式匹配法把自由空间及介质层中的电磁场用Floquet矢量模展开,这样可用式(1)和式(2)矢量模式函数表示FSS的入射场、散射场和传输场,通过贴片上或孔径内满足电磁场的边界条件而获得描述FSS频率响应特性的积分方程,以贴片上的感应电流或孔径内切向电场为未知量,通过矩量法求解,从而得到频率选择表面的反射系数和传输系数。
4 设计实例与测试
抗滑桩处滑动面与水平面的夹角为20°,滑坡推力的水平分力为:Fh=1076×cos20°=1011.7 kN/m。滑坡体主要以黏土与粉质黏土为主,受荷段滑坡推力沿桩身按三角形分布[22-24]。因此,在受荷段底端的单位高度的滑坡推力为:
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/c1799b2d6e4ee3e6f8aa71641d1821d3.png)
图3 4.2m抛物面天线及FSS副反射面实物图片
在线黏度测量和DCS技术的结合,应该是树脂行业的发展趋势,借助于DCS的数据处理功能,结合专家系统和一定的人工智能,可以将在线测量结果进行转换并找到最佳的控制点和控制区间,最终实现批次的反应过程和最终产品的质量稳定,真正实现自动化生产,见图7。
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/4380b201677838351f3e01ed73e61927.png)
图4 用矢量网络分析仪测量频率选择副面特性的原理框图
[2] 曹卫平,李蒙,王坤,等.基于FSS的宽带高增益微带天线[J].无线电工程,2016,46(11):59-62.
这里给出了某工程S/X波段4.2m抛物面天线的FSS副面的设计实例。已知S波段的工作频率为2.2GHz~2.3GHz,X波段的工作频率为7.9GHz~9.0GHz。抛物面天线副反射面采用十字周期结构的频率选择表面,优化设计的十字单元周期阵列的参数分别为:dx=24mm,dy=12mm,w=3mm,l=19.7mm。图3所示为4.2m抛物面天线及FSS副反射面实物图片。
表1 S/X波段4.2m抛物面天线的FSS副面的性能测试结果
![](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/01/6f046ec5751eef7c740a65feea7bb87d.png)
测试频率(GHz)插入损耗(dB)测试频率(GHz)阻带抑制(dB)2.200.367.9014.612.220.388.0015.402.240.408.3023.812.260.428.5045.842.280.358.7029.102.300.459.0016.92
5 结束语
频率选择面在频谱复用天线设计中应用广泛。这篇文章简述了频率选择表面的基本概念,介绍用频率选择面作为反射面天线的副反射器,从而实现多频共用的方法。简述了模式匹配法分析设计频率选择表面的方法,并给出了某工程S/X波段4.2m抛物面天线的FSS副面的设计实例,简述了频率选择表面性能的测量方法程序。对于频率选择副面的工程设计具有参考价值。
参考文献:
[1] J.M.Rigelsford,S.M.Benito and A.Vallecchi.A tri-band inductive frequency selective surface sub-reflector for satellite communications systems[C].The 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP2014),2014:898-900.
随着信息化的高速发展,高校资产管理平台也在不断推陈出新,从单纯的数据管理扩展为与预算、采购和实际使用都相结合的综合性大数据管理平台,成为高校资产管理制度创新、方式创新的基础。在保障资产账目清晰的基础上,高效地利用资产管理信息平台非常有利于实现学校资产的保值增值,真正提高学校资产管理水平。本文根据我校资产管理工作实践,提出了几点利用信息化平台提高资产管理效益的建议方案,并已实际应用于本单位的资产管理工作中,收到了较好的效果。
表1给出了S/X波段4.2m抛物面天线的FSS副面的性能测试结果。测试结果表明:频率选择副反射面传输系数和反射系数满足工程设计要求。
[4] 杨科.20/30GHz频率选择面技术研究[J].空间电子技术,2007,(7):34-36.
[3] 鲁戈舞,等.频率选择表面天线罩研究现状与发展趋势[J].物理学报,2013,62(19):1-10.
[5] 王焕青,祝明,武哲.频率选择表面简介[J].舰船电子工程,2004,24(专辑):301-304.
[6] 万顺生,卫民.毫米波/红外频率选择表面的双工性研究[J].激光与红外,2000,30(5):293-295.
[7] 秦顺友.频谱分析仪的原理、操作和应用[M].西安: 西安电子科技大学出版社,2014:146-149.
[8] 武彦飞,何应然,张文静.基于反射阵技术的平面型副反射面设计方法[J].无线电通信技术,2017,43(1):77-80.
由于各区铁矿成因类型的不同,组成的主要铁矿物不同,现通过对各类矿床矿区分布情况、矿床规模、成矿特征、矿床成因对比分析,预测下一步找矿方向。
秀容月明听了一阵子,就明白怎么回事了。守桂州的将军叫丛时敏,因胡人打过来,朝廷另拨人马归他指挥,他说,现在人多,营寨不够住的,我们干脆住百姓家吧。他自己带头,搬到桂州最有钱的人家去了。手下将吏纷纷仿效,都拣有钱人家去住。像小都统这样的军吏,只有住寻常百姓家。这些将吏住人家,不仅要好酒好菜侍候,付给数目不等的钱财,隔三差五的,还要把妓女请来,供他们享乐。侍候不周,将吏就打人,砸东西,就是杀了人,丛时敏也不追究。