为寻求准确评估薄膜型金属网栅电磁屏蔽效能的方法,探索了薄膜型金属网栅在某频段可达到的电磁屏蔽效能.首先,分析了金属网栅膜光电特性常用的计算公式,指出电特性公式中材料无限导电的假定条件与客观事实不符,故其无法准确预估薄膜型金属网栅的电磁屏蔽效能.然后,根据屏蔽效能受感应电压和电阻比控制的理论,借鉴连续导电膜用方块电阻计算屏蔽效能的方法,提出了预估薄膜型金属网栅屏蔽效能的方法并给出了具体步骤.最后,采用激光直写工艺流程制备了薄膜型金属网栅,验证了理论计算结果与实验检测结果的一致性.检测结果显示:薄膜型金属网栅试片在30～1 500 MHz的屏蔽效能最高为30 dB;用检测方块电阻并代入连续膜经验公式计算得到的屏蔽效能为31.2 dB,用金属网栅膜常用公式计算得到的屏蔽效能为75 dB.数据显示用金属网栅膜常用电特性公式无法准确评估薄膜型金属网栅的电磁屏蔽效能,而本文所提方法便捷、准确、可行.

为实现频率选择表面(FSS)工作频点的可调谐, 将环型孔径FSS负载分离后形成感性表面与容性表面, 利用两者之间的耦合机制设计了一种互补屏FSS。建立了互补屏FSS等效电路模型, 定性分析了它的变频机理。采用耦合积分方程法计算了负载贴片旋转角, 耦合电介质厚度和相对介电常数对互补屏传输特性的影响。利用镀膜与光刻方法在耦合电介质两侧制备容性表面与感性表面, 并用自由空间法测试250 mm×250 mm样件的传输特性。计算与测试结果均表明: 当十字贴片从0°旋转至10°, 互补屏FSS的谐振频点会从18.2 GHz向低频漂移至14.8 GHz。当耦合电介质的物理厚度从0.1 mm变化到1 mm时, 互补屏FSS的容性表面和感性表面之间的耦合效应逐渐消失。耦合电介质相对介电常数增加使互补屏间的耦合增强, 其工作频点向低频漂移。实验显示: 随着负载贴片旋转角的变化, 互补屏FSS能够实现主动变频功能, 为设计和制备主动FSS提供借鉴。

在确保制作感性网栅膜后光学窗红外透射率下降小于5%的前提下, 研究了影响感性网栅膜电磁屏蔽特性的主要因素。归纳了感性网栅膜红外透射率公式, 运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法推导了周期结构金属网栅的电磁场积分方程, 用周期矩量法计算出网栅的反射系数及透射系数, 进而求出其电磁屏蔽效能; 计算并分析了采用不同线宽、周期、衬底材料、衬底厚度时透明导电光窗(金属网栅膜)的电磁屏蔽效能。最后, 采用激光直写、真空镀膜等工艺在ZnS基底上制作了周期为360 μm×360 μm、线宽为12 μm, 方块电阻分别为13 Ω、25 Ω的样片, 采用自由空间法测试了2～18 GHz频段的电磁屏蔽效能。测试与分析结果表明: 当感性网栅膜在8～10 μm波段引起的平均透射率下降小于2％的情况下, 电磁屏蔽效能平均达到了20 dB以上。结果显示网栅的光电特性是矛盾的, 线宽与周期越小电磁屏蔽效果越好, 同时应尽量降低网栅的表面电阻。

利用感性表面(金属栅格)与容性表面(间隔的金属环形贴片)之间的耦合机制制备了微型频率选择表面(MEFSS)。依据传输线理论给出电感、电容近似公式，定性分析了MEFSS结构参数，采用全波分析矢量模匹配法计算了不同几何结构参数与耦合层电参数MEFSS的传输特性。通过镀膜与光刻法在500 μm厚聚酰亚胺膜两侧以矩形排列方式制备了12个0.125λ集总电感单元与集总电容单元，利用自由空间法测试了240 mm×240 mm MEFSS样件的传输特性。结果显示，测试样件中心频点为14.636 GHz，透过率为-0.382 dB，-3 dB，带宽为2.17 GHz时，单元尺寸为0.125λ; 当单元尺寸变小时，中心频点向高频漂移，其透过率下降; 固定单元尺寸，中心频点随固定电感宽度、电容间隔和环形贴片宽度的增加而向高频漂移; 耦合层厚度增加0.4 mm，中心频点向低频漂移1.4 GHz，且透过率降低2.6 dB; 相对介电常数由3.5变为2，中心频点向高漂移2.8 GHz。结论显示，利用感性与容性表面耦合机制能制备单元尺寸为0.125λ的FSS，其具有微型化、宽通带和对入射波角度不敏感的特点。

对Y环单元进行改造得到了叠加Y环单元图形，以延迟频率选择表面(FSS)的高次谐振，实现无干扰的单通带滤波器。运用谱域法分析得到的叠加Y环单元，并与Y环单元进行对比，分别讨论其角度稳定性、极化稳定性、-3 dB带宽和高次谐振点。分析表明：当中心频点同为17.6 GHz时，叠加Y环单元具有更窄的带宽，而高次谐波向后延迟6.5 GHz，并保证了良好的极化稳定性和角度稳定性。叠加Y环单元臂长从2.78 mm增大到3.18 mm时，中心频率从17.6 GHz下降到14.1 GHz；臂宽从1.1 mm增大到1.5 mm时，中心频率从17.6 GHz提高到20.6 GHz，带宽变大；单元间距从7.2 mm增加到8 mm时，带宽从4.5 GHz减小到3.5 GHz，中心频点不变；缝隙宽度增大时，带宽变大，中心频点升高。在微波暗室中对叠加Y环单元FSS进行测试，结果与预期一致。结果表明，叠加Y环单元在保证角度稳定性与极化稳定性前提下，能够延迟高次谐振点，为工作频段内实现单通带滤波器提供了新的思路。

研究了离心式涂胶工艺理论以实现在凹球面内表面涂布厚度均匀的光刻胶。首先, 讨论了影响膜厚均匀性的主要因素; 接着, 用流体力学理论分析了离心式开口向下球面涂胶过程中胶液的受力流动状态, 建立了出胶膜厚度与离心机转速、胶液粘度、旋涂时间等参数关系的数学模型; 最后, 为了验证理论的正确性, 在口径φ120 mm, 凹球面半径300 mm, 矢高12.5 mm的K9玻璃试验件内表面开展涂胶工艺实验。测试分析结果表明, 该理论分析模型与实际情况相符, 根据理论分析采用主轴与工件旋转轴偏心的装夹方法, 在整个球面内表面可以得到厚度均匀的胶膜。当光刻胶黏度为1.1~1.9 Pa, 主轴转速为3 000~6 000 r/min时, 可在凹球面上涂布厚度为0.5~1 μm的均匀胶膜。

分析了对称双屏频率选择表面(FSS)结构如何实现Butterworth型FSS和获得 "平顶"和"陡截止"的 "矩形化"滤波特性。结合平面波展开法与互导纳法, 给出了缝隙阵列导纳和缝隙阵列之间的互导纳。以Y孔形单元为例, 数值计算并分析了FSS屏与中间电介质对Butterworth型FSS的影响; 然后在500 mm×500 mm聚酰亚胺基底镀15μm铜膜, 制作出Y孔型FSS并将其粘贴于介质两侧。用自由空间法测试其传输特性, 测试结果与仿真结果基本一致。当中间电介质电厚度为2.15 mm, 单元周期为7.2 mm×6.235 2 mm, 臂长为3.6 mm, 臂宽为0.8 mm时, 双屏FSS的互导纳与单屏FSS导纳的实部相等, 从而得到Butterworth型FSS。当FSS单元周期增加0.6 mm, 3 dB带宽由3.5 GHz缩减为2.1 GHz时, 截止度增加。分析认为, 对称双屏Butterworth型FSS的设计应遵循以下原则, 即在满足谐振尺寸的前提下采用无加载孔径型单元且单元周期小于0.4λ, 其缝隙长宽比应小于5.5, 中间电介质电厚度约为0.1λ。

提出了将分形理论应用于频率选择表面(FSS)设计，以使单屏FSS具有多频谐振特性，进一步满足现代通信设备对多频带及集成化的要求。首先，以结构对称、抗交叉极化特性好的Y孔单元为例，经过递归、迭代产生二阶Y孔分形单元，给出计算单元几何分布的公式。然后，结合Floquet周期条件，应用全波周期矩量法得到描述FSS表面电流分布的电场积分方程，定量分析了入射电磁波在不同极化方式下Y孔分形FSS单元的极子长度、孔径宽度等结构参数及排布方式对其频率响应特性的影响。最后，采用成熟的镀膜、光刻工艺制备Y环分形FSS样件并在半电波暗室进行FSS传输特性测试。结果表明，在第一谐振波长的经验估算值约为0.79×(4倍极子长度)，孔径宽度W由1 mm增至1.5 mm时，带宽展宽了650 MHz，角度稳定性对单元排布方式较敏感。得到的测试结果与数值结果一致，表明单屏分形FSS具有多频谐振的特性，其透过率及-3 dB带宽均可通过参数优化满足工程应用基本要求。

为使大周期下带宽较窄的频率选择表面(FSS)结构透过率较高，以Y环单元为基础提出了一种提高通带透过率的新方法。该方法在周期单元内设置圆形孔径，通过增大占空比来提高透过率。运用谱域Galerkin方法数值分析了这种结构的传输特性，结果显示，确定R=0.5 mm，单元周期内圆孔个数为12时，中心频点10 GHz的透过率提高了0.11 dB。采用镀膜与光刻相结合的技术制备了相应的试验件，并进行了微波测试，测试值与计算值基本一致。开圆孔Y环的中心频点透过率在电磁波垂直入射的情况下为-0.62 dB，比对应Y环提高了0.21 dB，而在30°和45°倾斜入射的情况下，TE波的透过率分别为-0.66 dB和-0.81 dB，比对应Y环分别提高了0.32 dB和0.27 dB；-3 dB带宽分别为1 GHz和0.8 GHz，两种结构的带宽基本一致。得到的结果表明，提出的方法是大周期下提高通带透过率的一种行之有效的方法。

在准光学系统中，频率选择表面(FSS)主要作为高效分离准光学高斯波束的无源滤波器运用于多频率信道。利用分形结构局部与整体的自相似性将分形理论应用于FSS领域，将分形结构作为FSS的周期单元使单屏FSS具有多频谐振的特性，从而实现简易、多频无源带通滤波器件的设计。以常见的十字单元为例，经过递归产生二阶十字分形单元，结合Floquet周期理论和边界条件应用矩量法对分形FSS的传输特性进行理论分析与设计，获得在准光学波段58 GHz和145 GHz处谐振的单屏FSS，谐振频率的透射率均大于95%。通过分析改变分形FSS的结构参数对其传输特性的影响，得出二阶十字FSS的第一谐振频率f1主要由原始单元臂长L1决定而第二谐振频率f2对迭代单元臂长L2较敏感，f1的传输特性较稳定的设计规律。考察了电磁波入射角度与极化方式变化时十字分形FSS频率响应的稳定性。