频率选择性表面的仿真-微波EDA网-射频工程师天线工程师培训.PDF

频率选择性表面的仿真 －高频结构仿真器HFSS应用介绍 Ansoft 公司北京代表处 高级应用工程师 刘莹 aliu@ 2006.10.27 FSS 概述 频率选择性表面（FSS）实质上就是对空间中传播的平面波的“滤波器” 它在特定的频带内或提供通带或阻带 降低带外噪声；控制低Q值宽带天线的带宽，起到频率选择反射器的作用 （或二向色性表面） 在军用领域，FSS为天线提供隐蔽的带外收发频率 各种不同的FSS单元 [1] EMI 防护 左下方图中是FSS的新的应用领域 结构: 通常由周期性重复的金属薄片图形或金属层上掏空的缝隙组成 通常伴随有介质衬底用作匹配 有时也采用三维介质结构 一个FSS结构的重要参数: 带宽– 在所需要的频带内呈现的阻带或通带特性 带宽 其测量值可通过测量FSS结构随入射波角度和频率变化的的传输和反射 特性得到 插入损耗– FSS结构在相应频带内的损耗 插入损耗 极化 （需要时才考虑） 极化 折射/衍射–在雷达的天线罩设计中，波束的斜入射、散射、或以球面波形式入 折射/衍射 新型概念手机天线: 介质棒表面附有 FSS图形用以调整波形和工作频带. 射到FSS结构上都会对FSS的通带/ 阻带特性产生重要影响 [2] 1 FSS结构设计难点和重点 对于单元的选取和设计，由于其多样化导致等效电路模型复杂且缺乏一致 性，不便采用解析法计算； 设计指标不但对垂直入射的反射/透射相位/模有要求，还要兼顾斜入射角的 工作频带稳定性，而后者的设计往往难度最大； 由于金属和介质的材料选取和加工工艺对FSS性能有重要影响，在以实测加 工件为主要手段的设计中，需要大量的实验数据和设计经验； 除此之外，FSS结构的鲁棒性，即加工误差、材料特性的非一致性、外界环 境（如温度）变化对结构的性能影响都会增加设计的困难和复杂度； 对于以上问题，Ansoft HFSS 提供了精确的仿真和全面的解决方案，是 计算机辅助设计的首选仿真工具。 HFSS 中与FSS结构设计相关的功能特点（一） 高性能的全波有限元求解器 任意入射波类型、任意入射角度 强大的网格剖分和收敛精度控制能力 ALPS 快速扫频算法 专门针对FSS结构的连锁边界条件设置 无限大周期性重复结构只需单元建模 主从边界的数目与方向不受限 专为FSS求解设计的辐射边界 本征模式求解器 在无外在激励情况下直接对模型的本征模式进行抽取 自动生成PML 边界 适用于偏转波束（steered-beam ）阵的辐射边界 功能强大的场计算器 可对任意输出场量进行复数、代数、微积分和编程运算 方便快捷的仿真结果输出 自动计算反射/透射系数 可在求解频带内任意频率做出空间场分布图 OptimetricsTM 优化模块可提供参数化扫描功能 扫描入射波角度 直接生成斜角度入射稳定度曲线