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自由空间损耗周期结构贴片/孔径电磁散射分析 孟 林 电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都 (610054) E-mail：tomclus006@163.com 摘 要：本文采用频域矩量法对自由空间损耗周期结构贴片或孔径的电磁散射进行分析。计 算任意平面波入射下周期结构贴片/孔径元胞的表面等效感应电流分布和反射系数，把数值 结果与相关文献对比并对其进行讨论。 关键词：损耗周期结构，电磁散射，频域矩量法，表面等效感应电流，反射系数 1．引言 周期结构是二维周期性导体贴片或孔径元胞阵列，具有带阻或带通的滤波特性，在天线 罩、天线及光束调控系统，以及电磁兼容工程中都有广泛应用。周期结构可以制作成频率选 择表面[1] （Frequency Selective Surface ），光子带隙（Photonic Bandgap ）材料或电磁带隙 （Electromagnetic Bandgap ）材料[2] ，以及具有负介电常数和负磁导率的左手材料 [3] 。近年来有人把周期结构用于吸波材料以获得良好的性能，其中电子科 （Matamaterials ） 技大学的陈良等人把传统频率选择表面的导体贴片用电阻贴片代替，加不同厚度的介质基片 [4] 后制备出宽频吸波材料 。南京大学刘红英等人研究了FSS加载纳米吸波涂层涂敷金属板对 [5] 吸波材料在S波段性能的改善 。 对于周期结构的分析一般采用电磁场数值方法，如矩量法(MoM)，有限元法（FEM ）， 时域有限差分法（FDTD ）等。东南大学的陆卫兵[6]提出一种有效的子域全域基函数，利用 矩量法对大尺寸有限单元的周期结构的电磁散射进行了精确分析。周永江[7]采用有限元法对 十字型频域选择表面进行了分析。马嘉俊[8]利用时域有限差分法对介质频率选择表面进行了 分析。本文基于Mittra[9] 的频域矩量法对自由空间损耗周期结构贴片/孔径的电磁散射进行数 值分析,并与Barry[10] 的矩量法结果进行对比，二者吻合的很好。 2 ．目标的电磁建模和频域矩量法求解 为了方便数值计算，首先我们做以下假设：a.整个周期结构具有无限大的尺寸，从而忽 略有限边界所带来的衍射效应；b.入射波为单色平面波；c.贴片屏的厚度很薄，忽略其厚度 做二维平面处理。 解决周期结构电磁波散射问题的第一步就是建立散射电场与周期结构元胞表面的感应 电流的关系，贴片表面感应电流是由于入射场引起的。首先让我们来考虑一个处于自由空间 的理想导体周期贴片问题，贴片处于xy 二维平面，如图1 所示矩形形周期结构贴片。 一个处于自由空间xy 平面的导体贴片在平面波激励下的散射电场可以通过贴片表面感 应电流来计算。我们定义J 为贴片表面的感应电流密度，A 为基于此电流的磁矢量位函数， r 为场点，r’为源点，假定省略时间因子 exp(jωt),根据经典电磁理论我们可以得到源点 r’在 场点r 处产生的散射场： 1 Es =−j ωμ A + ∇∇⋅A) 0 ( (1) j ωε0 其中， -1- i E z i i