Thick Frequency Selective Structures

Abstract: Popular Abstract in Swedish Denna avhandling presenterar en metod som kan hantera generella tjocka frekvensselektiva strukturer (FSS). Metoden är baserad på modanpassning och finita elementmetoden (FEM). Avhandlingen är en sammanläggningsavhandling och består av en introduktion som följs av fem vetenskapliga artiklar. Frekvensselektiva strukturer fungerar som filter för elektromagnetiska vågor, såsom radiovågor, radarpulser och ljus. De är frirymdsfilter, som filtrerar vågor som utbreder sig fritt i luften, i motsats till andra typer av filter där signalerna (vågorna) är bundna till någon ledare, t.ex. kabel eller vågledare. Filtren är selektiva eftersom de låter signaler med vissa frekvenser passera, medan de stoppar signaler med andra frekvenser. Viktiga användningsområden för FSS är i radomer och avancerade reflektorantennsystem. En radom skyddar antennen mot väder och vind, men kan samtidigt utnyttjas som ett filter. Frekvensselektiva strukturer är ofta skiktade strukturer, d.v.s. de består av ett antal lager. De FSS som behandlas i denna avhandling består av kombinationer av aperturlager och dielektriska lager. Ett aperturlager är ett metallskikt med ett periodiskt mönster av identiska hål, medan ett dielektriskt lager är ett skikt som oftast består av ett plast- eller skummaterial. Det dielektriska lagret kan också vara ett tunt limskikt mellan två lager. Metoden, som används för att simulera FSS, bygger på modanpassning och FEM. De elektromagnetiska fälten utanför strukturen och inuti de dielektriska skikten skrivs som en summa av periodiska planvågor. Hålen i aperturlagren betraktas som korta vågledare, och fälten inuti dessa hål skrivs som en summa av vågledarmoder. Dessa moder är en speciell typ av elektromagnetiska v{aa}gor som kan utbreda sig i ett hål. De kan bestämmas numeriskt med hjälp av finita elementmetoden. Kopplingen mellan vågorna i de olika lagren bestäms av randvillkoren för de elektromagnetiska vågorna, och matematiskt beskrivs kopplingen med hjälp av matriser. Dessa matriser, spridnings- och utbredningsmatriser, kan kombineras på ett systematiskt sätt, så att en fullständig spridningsmatris för hela den frekvensselektiva strukturen erhålls. Introduktionen till avhandlingen ger en överblick av FSS och den metod som utvecklats. Metoden illustreras med ett utförligt exempel. I den första vetenskapliga artikeln utvecklas metoden för ett aperturlager, och den verifieras genom jämförelse med mätdata. Den andra artikeln vidareutvecklar metoden till generella FSS, och där jämförs den med beräkningar utförda av andra. Den tredje artikeln behandlar FSS med ohmska förluster i de dielektriska materialen och i den metalliska skivan. I de flesta fall är förluster en oönskad effekt. En annan oönskad effekt är störningar i filtrets egenskaper p.g.a. avvikelser i hålens placering och form. Denna effekt behandlas i den fjärde artikeln. Den sista vetenskapliga artikeln ger en lösning på ett problem som uppträder i byggnader med energifönster. Dessa fönster är nämligen ogenomträngliga för mobiltelefonsignaler. Lösningen är FSS.