文 献 综 述
一、引言
近几十年来，信息技术在不断进步，对于各项电子系统的研究集中聚焦在集成化、小型化等方面。在走向信息化的同时，电磁武器的概念也应用得越来越广泛，发展得十分迅速。一些重要的小型电子设备在复杂的电磁环境下，面临着严重的电磁干扰与威胁。[1-3]
电磁脉冲是一种瞬发电磁现象，其激发出的强大电磁场会对电子器件产生破坏性耦合 [4]。电磁脉冲所产生的电子，会在地球磁场的作用下被加速，这些电子会产生出频率约从10KHz─100MHz不等的电波，对极低频(VLF)、高频(HF)无线电通信产生干扰。为了保证电子设备使用过程中的电磁安全，需要对外界强电磁能量进行屏蔽。最简单的电磁屏蔽措施便是利用金属构成屏蔽网，阻挡外界电磁波能量的进入[5]，然而，内部的电磁波也会被屏蔽，影响设备信号的正常收发。这对强电磁保护提出了更高的要求，要求建立能量选择保护机制，允许安全电磁波通过，禁止强电磁波进入系统。
二、研究现状
对于电磁能量选择性的研究，已经提出许多保护方法，如碳泡沫、锰氧化物薄膜和频率选择表面（FSS）[6-8]。无源的频率选择表面是具有一定周期性的缝隙或贴片阵列结构[9]，具有频率带通滤波器的特性，能够选择透射取决于材料特性的特定的频率通带内的电磁波。在过去，有关FSS的带通特性、带阻特性已经被深入探讨，然而FSS主要作为一种独立的结构。直到近些年，FSS才被集成到阵列天线上去[10]。
此外，还有一种基于可调频率选择表面的有源频率选择表面（AFSS）。AFSS通过在无源频率选择表面的周期性阵列中插入由相应偏置电路控制的可变阻抗元件（如PIN二极管、变容二极管、贴片电阻、贴片电感、贴片电容）等,来获得需要的通带特性，实现对复杂频率条件下的适应[11]。AFSS具有开关控制特性，能够实现滤波频率与强弱的控制，为有源设备的设计提供了崭新的思路。
近年来，在有源频率选择表面的基础上，又提出了能量选择表面（ESS）的概念。ESS是一种基于能量选择性的电磁屏蔽结构，具有电磁场强弱自适应的特性。ESS与AFSS的结构相似，不过存在的本质区别是ESS利用压控导电结构的射频电导调制效应来实现表面阻抗的变化，不需要额外的偏置控制电路。它能够依靠强电信号在其两端感应出的射频电压大小的不同来实现阻抗的变化，从而实现能量选择表面透射与隔离状态间的转换。当压控导电结构在较小的射频电压下截止时，ESS通过低能量信号；当压控导电结构在较大的射频电压下导通时，隔离强电信号，保证在不影响正常通信的前提下实施电磁防护［12］。
三、研究方法
目前，主要通过等效电路、等效介质以及场路协同仿真三种研究方法来对能量选择表面进行理论与仿真分析[13]。等效电路法能够将ESS结构的等效电磁模型化繁为简，使得计算复杂度大大降低，尤其适用于多层结构；等效介质法是通过对具有相同材料特性，如电导率、磁导率、阻抗等的介质板的研究来获得能量选择表面的电磁特性；场路协同仿真是综合了二极管瞬态模型的建立以及有源无源的耦合问题所提出的方法。目前，非线性电磁仿真测试研究现状主要包括：三维电磁结构的场路联合仿真技术和集总加载电磁结构的测试技术，其中集总加载电磁结构的测试技术又包括基于传输线加载的测试方法和基于自由空间加载的测试方法[14]。主要的屏蔽所使用的材料为砷化镓PIN二极管[15]、二氧化钒薄膜[16]以及石墨烯[17]等。
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