本研究由来自国防科技大学电子科学与工程学院的丁旺宇（Dingwang Yu）、刘培国（Peiguo Liu）、董雁飞（Yanfei Dong）、周启辉（Qihui Zhou）和周东明（Dongming Zhou）共同完成，并于2017年8月3日发表在《Electronics Letters》期刊上（第53卷，第16期，第1087-1088页）。该研究提出了一种新颖的、具有可调谐吸收与可切换传输特性的有源吸波频率选择表面（Absorptive Frequency Selective Surface, AFSS）设计。

研究的学术背景源于现代隐身与探测技术发展对天线罩（Antenna Radome）提出的新挑战。为了降低武器的雷达散射截面（Radar Cross Section, RCS），传统方法采用带通频率选择表面（Frequency Selective Surface, FSS）。这种表面能透过工作频段的电磁波，并将带外信号反射到其他方向，从而降低单站RCS。然而，反射的信号却可能在双站RCS探测中暴露目标。为解决此矛盾，吸波频率选择表面（AFSS）的概念应运而生，它既能透射带内工作信号，又能吸收带外探测信号，其概念最早于1995年在美国专利中被提出。文中的引言部分简要回顾了AFSS的发展历程，指出以往的研究大多集中于无源结构。因此，该研究针对这一空白，旨在设计一种有源AFSS，其透射通带具备开关能力，且吸收性能具备可调特性，以更灵活地应对复杂的探测威胁。

为实现以上目标，研究团队设计了一种由两层结构组成的单元（Unit Cell）。顶层是一个可调谐的电阻性表面（Resistive Surface），底层是一个可切换的带通FSS，两层之间由厚度为6毫米、介电常数为1的聚甲基丙烯酰亚胺（Polymethacrylimide, PMI）泡沫隔开。顶层和底层的电路图案均印制在厚度为0.5毫米、介电常数为2.2、损耗角正切为0.0007的薄特氟龙（Teflon）基板上。设计的关键在于PIN二极管（PIN Diode）的应用。在顶层的电阻性表面上，焊接了型号为BAP 70-03的PIN二极管，通过改变对其施加的偏置电压，使其等效为一个可变电阻（Variable Resistor），其电阻值可在20欧姆至180欧姆之间变化，从而实现吸收性能的连续调谐。在底层的带通FSS上，同样型号的PIN二极管被用作半导体开关，连接相邻的单元。当二极管处于正向偏置的导通状态（ON state）时，它等效为一个3欧姆的小电阻；当处于反向偏置的截止状态（OFF state）时，它等效为一个0.15皮法的电容。正是这种开关效应，赋予了该AFSS可切换的透射通带。设计中的所有几何参数均经过优化，例如，单元周期为25毫米，电阻性表面上的偶极子臂长为6.5毫米，缝隙宽度为0.5毫米等。此外，为了给PIN二极管提供偏置电压而不干扰高频电磁场，设计中包含了巧妙的偏置网络（Biasing Network），在电阻性表面层内部焊接了300纳亨的TDK 0603电感，以提供必要的射频隔离并保护直流偏置线路免受交流信号干扰。

在仿真研究阶段，研究团队使用CST Microwave Studio软件对单元结构进行全波电磁仿真。仿真采用了周期性边界条件来模拟无限大的二维周期阵列，并使用Floquet端口作为法向入射平面波的激励源。仿真流程和结果分析分为几个部分。首先，他们模拟了在不同二极管工作状态下，顶层可变电阻取值对整体性能的影响。结果显示，当PIN二极管处于截止状态（OFF state）时，整个结构表现为一个可调谐的宽带吸波体（Tunable Broadband Absorber）。随着等效电阻值从20欧姆变化到180欧姆，其吸收频带（反射系数低于-10 dB）覆盖了3.7 GHz至9.8 GHz，吸收强度随之变化。当PIN二极管处于导通状态（ON state）时，该结构在0.83 GHz处产生了一个透射频段，其插入损耗（Insertion Loss）低于0.55 dB。更重要的是，在维持这一低损耗透射的同时，它还在3.63 GHz至9.52 GHz频带内实现了可调节的宽带吸收。这意味着该设计能够在一个状态下同时完成“透射”和“吸收”两项功能，且吸收能力动态可调。接着，研究团队考察了该设计的极化稳定性。他们将顶层电阻值固定在100欧姆，分别在导通和截止状态下，模拟了不同极化角度（0°， 15°， 30°， 45°）下斜入射波的传输与反射系数。仿真结果表明，随着极化角度的变化，两种状态下的反射和传输系数曲线几乎完全重合，保持高度一致，从而证实了所提出的AFSS设计具有出色的极化不敏感性。

在实验验证阶段，研究团队采用印刷电路板（PCB）技术，制造了一个包含10×10个单元的有源AFSS原型样机。他们使用自由空间法（Free Space Measurement Method）在微波暗室（Anechoic Chamber）中对样机进行了测试，以获取其传输和吸收特性。实测数据与仿真结果展现出了良好的一致性，但同时也存在细微的偏差。具体而言，在导通状态（ON state）下，实测的通带中心频率偏移到了约0.87 GHz，比仿真结果高了约0.04 GHz，且通带内插入损耗小于0.7 dB。同时，通过调节PIN二极管偏置电压从13.2V增至15.4V，观测到了一个从3.35 GHz至8.58 GHz的动态可调吸收带。在截止状态（OFF state）下，结构展现出纯粹的宽带吸收性能，随着偏置电压在13.2V至15.4V之间增加，吸收频带同样可以在3.35 GHz至8.58 GHz范围内连续调谐。对于模拟与实测结果之间存在的轻微频率偏移和幅度差异，作者将其归因于PIN二极管寄生参数值的微小误差以及制造公差。

该研究成功地设计、仿真并实验验证了一种新型有源AFSS。其核心结论是，通过将PIN二极管以不同功能分别集成在双层表面上，首次实现了AFSS在保持宽带可调谐吸收能力的同时，具备了电控开关的透射频段。这种动态可切换、可调谐的特性是传统无源AFSS所不具备的。从科学价值来看，该研究探索了将集总有源元件与频率选择表面相结合的新范式，为新型电磁结构的灵活调控提供了新思路。从应用价值来看，该成果为解决双站RCS缩减问题提供了一种极具可行性的方案。装备了此类智能天线罩的飞行器，可以在工作时开启透射频段，保证己方通信和雷达的正常收发；在面临威胁时切断透射频段，并动态调整吸收频段以对抗敌方不同频率的探测雷达，从而在复杂的电磁博弈中获得更大的生存优势。

该研究的亮点主要体现在以下几个方面：首先是性能的集成创新，它在单一结构上同时实现了“可切换透射”与“可调谐吸收”的双重功能，这是其最核心的突破；其次是设计方法的清晰性，通过将PIN二极管分别用作“可变电阻”和“开关”来实现顶层和底层的不同功能，设计构思巧妙且物理意义明确；最后是良好的工程实用性，所设计的结构具有良好的极化稳定性，并巧妙解决了有源偏置网络对电磁性能的干扰问题，并成功加工了实物样机，验证了其制造的可行性和性能的有效性。