提取雙頻帶頻率選擇表面等效電路參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提取雙頻帶頻率選擇表面等效電路參 數(shù)的方法，可用于快速分析頻率選擇表面的特性。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率選擇表面FSS是由相同的貼片或孔徑單元按二維周期性排列構(gòu)成的無(wú)限大 平面結(jié)構(gòu)，它對(duì)具有不同工作頻率、極化狀態(tài)和入射角度的電磁波具有頻率選擇特性，因此 在電磁領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在電磁隱身、電磁兼容、通信、電子對(duì)抗等領(lǐng)域具有廣泛的 應(yīng)用前景。
[0003] 不同的頻率選擇表面主要區(qū)別在于構(gòu)成單元分為貼片型和孔徑型兩種結(jié)構(gòu)，其本 身不吸收能量，但是卻能夠有效的控制入射電磁波的傳輸和反射，即在單元諧振頻率附近 呈現(xiàn)全反射或者全傳輸特性。由于飛行器、航海艦艇等會(huì)產(chǎn)生具有散射性質(zhì)的電磁波，而基 于頻率選擇表面研制的天線罩或者吸波材料可以實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)、帶外雷達(dá)截面RCS的減縮。
[0004] 等效電路法是分析頻率選擇表面特性的一種方法，而提取等效電路的參數(shù)成為該 方法的關(guān)鍵。通常采用經(jīng)驗(yàn)公式提取等效電路的參數(shù)，但這種方法具有局限性：第一該方法 只能對(duì)特定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行提取，第二該方法只適用于一定的頻帶范圍，在寬頻帶內(nèi)不能夠準(zhǔn) 確提取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種雙頻帶頻率選擇表面等效電路參數(shù)的提取方法，以解 決現(xiàn)有方法提取等效電路參數(shù)的局限性，實(shí)現(xiàn)在較寬頻帶內(nèi)對(duì)等效電路參數(shù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確 的提取。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)思路是：利用頻率選擇表面散射矩陣S(co)，轉(zhuǎn)換成傳輸矩陣 A(co)，再求得導(dǎo)納矩陣Y(co)和阻抗矩陣Z(co)，然后通過(guò)曲線擬合的優(yōu)化算法提取出頻 率選擇表面的等效電路的參數(shù)，使得提取出的等效電路散射矩陣S(co)響應(yīng)與頻率選擇表 面本身的散射矩陣S (co)相吻合，而且對(duì)于任意的雙頻帶頻率選擇表面結(jié)構(gòu)均適用。
[0007] 根據(jù)上述思路，本發(fā)明給出如下兩種雙頻帶頻率選擇表面的技術(shù)方案：
[0008] 技術(shù)方案一：
[0009] 一種雙頻帶帶通型頻率選擇表面等效電路參數(shù)的提取方法，包括如下步驟：
的反射系數(shù)，S12 (CO)表示第2端口到第1端口的傳輸系數(shù)，S21 (CO)表示第1端口到第2端 口的傳輸系數(shù)，S22 (?)表示第2端口的反射系數(shù)；A11 (?)表示雙頻帶帶通型頻率選擇表面 的轉(zhuǎn)移電壓比，A12(O)表示轉(zhuǎn)移阻抗，A21(O)表示轉(zhuǎn)移導(dǎo)納，A 22(O)表示轉(zhuǎn)移電流比，〇 表示頻率選擇表面的工作角頻率；
[0011] (2)利用雙頻帶帶通型頻率選擇表面?zhèn)鬏斁仃嘇(co)，得出等效電路的導(dǎo)納矩陣 Y(co)和阻抗矩陣Z(co):
[0012] 對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面：其非對(duì)稱(chēng)等效電路的導(dǎo)納矩陣Y(co)= A21(O)，阻抗矩陣 Z(O) =A12(O);
[0013] 對(duì)于對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面：其T型等效電路的導(dǎo)納矩陣Y(co) =A21(Co),
[0014] (3)根據(jù)雙頻帶帶通型等效電路圖，用等效電路中各集總元件 L1, C1, L2, C2, L3, C3, L4, C4表示雙頻帶帶通型等效電路的導(dǎo)納矩陣Yl (?)和阻抗矩陣 Zl(O):
[0017] 其中，L1為等效電路中第一個(gè)電感，Ci為等效電路中第一個(gè)電容，L2為等效電路中 第二個(gè)電感，C2為等效電路中第二個(gè)電容，L 3為等效電路中第三個(gè)電感，C 3為等效電路中第 三個(gè)電容，L4為等效電路中第四個(gè)電感，C4為等效電路中第四個(gè)電容，Im表示虛部；
[0018] (4)利用步驟⑶中得到的等效電路的導(dǎo)納矩陣Yl(CO)和阻抗矩陣Zl(CO)去逼 近步驟⑵中得到的等效電路的導(dǎo)納矩陣Y(?)和阻抗矩陣Z(?)，采用曲線擬合的優(yōu)化方 法，求得等效電路中集總元件L 1, C1, L2, C2, L3, C3, L4, C4的值。
[0019] 技術(shù)方案二：
[0020] 一種雙頻帶帶阻型頻率選擇表面等效電路參數(shù)的提取方法，包括如下步驟：
第1端口的反射系數(shù)，S12' (CO')表示第2端口到第1端口的傳輸系數(shù)，S21' (CO')表 示第1端口到第2端口的傳輸系數(shù)，S22' (?')表示第2端口的反射系數(shù)；A11' (?') 表示雙頻帶帶阻型頻率選擇表面的轉(zhuǎn)移電壓比，A12' (?')表示轉(zhuǎn)移阻抗，A21' (?') 表示轉(zhuǎn)移導(dǎo)納，A22' (co ')表示的轉(zhuǎn)移電流比，表示頻率選擇表面的工作角頻率；
[0022] 2)利用雙頻帶帶阻型頻率選擇表面?zhèn)鬏斁仃嘇' (co')，得出等效電路的導(dǎo)納矩 陣Y' (?')和阻抗矩陣Z' (?'):
[0023] 對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面：其非對(duì)稱(chēng)等效電路的導(dǎo)納矩陣Y' (co')= A21' (?')，阻抗矩陣Z' (?' ) =A12' (?');
[0024] 對(duì)于對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面：其T型等效電路的導(dǎo)納矩陣Y' (? ')
[0025] 3)根據(jù)雙頻帶帶阻型等效電路圖，用等效電路中各集總元 L 1' ,C1'，L2'，C2'，L3'，C3'，L 4'，C4'表示雙頻帶帶阻型等效電路的導(dǎo)納矩陣 Yl' (W )和阻抗矩陣ZP (W ):
[0028] 其中，L/為等效電路中第一個(gè)電感，C1'為等效電路中第一個(gè)電容，L 2'為等效 電路中第二個(gè)電感，（V為等效電路中第二個(gè)電容，IV為等效電路中第三個(gè)電感，（V為 等效電路中第三個(gè)電容，L 4'為等效電路中第四個(gè)電感，C4'為等效電路中第四個(gè)電容，Im 表示虛部；
[0029] 4)利用步驟3)中得到的等效電路的導(dǎo)納矩陣Yl ' (co ')和阻抗矩 陣Zl' (?')去逼近步驟2)中得到的等效電路的導(dǎo)納矩陣Y' (?')和 阻抗矩陣Z' (co')，采用曲線擬合的優(yōu)化方法，求得等效電路中集總元件 V，(V，V，(V，V，(V，V，(V 的值。
[0030] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 1.本發(fā)明通過(guò)對(duì)頻率選擇表面的散射矩陣S(CO)進(jìn)行處理，可使任意雙頻帶帶通 或帶阻的頻率選擇表面均能提取其等效電路參數(shù)，與現(xiàn)有依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)公式分析頻率選擇表面 方法相比，解決了其應(yīng)用的局限性。
[0032] 2.本發(fā)明結(jié)合曲線擬合的優(yōu)化算法提取出雙頻頻率選擇表面的等效電路參數(shù)，可 以在OGHz到20GHz以上的頻帶上準(zhǔn)確反映頻率選擇表面的特性。
[0033] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明提取頻率選擇表面等效電路參數(shù)的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0035] 圖2是雙頻帶帶通型頻率選擇表面的JT型等效電路圖；
[0036] 圖3是雙頻帶帶通型頻率選擇表面的T型等效電路圖；
[0037] 圖4是雙頻帶帶通型頻率選擇表面的非對(duì)稱(chēng)型等效電路圖；
[0038] 圖5是雙頻帶帶通型頻率選擇表面的多層結(jié)構(gòu)圖；
[0039] 圖6是雙頻帶帶阻型頻率選擇表面的JT等效電路圖；
[0040] 圖7是雙頻帶帶阻型頻率選擇表面的T等效電路圖；
[0041] 圖8是雙頻帶帶阻型頻率選擇表面的非對(duì)稱(chēng)等效電路圖；
[0042] 圖9是雙頻帶帶阻型頻率選擇表面的多層結(jié)構(gòu)圖；
[0043]圖10是雙頻帶帶通型頻率選擇表面輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)的幅度與其 等效電路的輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)的幅度對(duì)比圖；
[0044]圖11是雙頻帶帶通型頻率選擇表面輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)的相位與其 等效電路的輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)的相位對(duì)比圖。
[0045]圖12是雙頻帶帶阻型頻率選擇表面輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)的幅度與其 等效電路的輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)的幅度對(duì)比圖；
[0046]圖13是雙頻帶帶阻型頻率選擇表面輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)的相位與其 等效電路的輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)的相位對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 本發(fā)明給出提取雙頻帶