为了研究手征超表面在中红外波段的非对称传输特性, 设计了一种基于 L型结构的手征超表面单元。利用 CST电磁软件进行仿真分析, 结果表明在 68.92～88.68 THz范围内非对称传输参数大于 0.8, 在 73.25 THz处非对称传输参数达到极值为 0.88, 由此可知该结构在中红外波段具有良好的非对称传输特性; 通过分析表面电流分布和透射场相位分布, 阐明了该手征超表面的极化选择性反射和交叉极化透射机理; 对单元结构手征强弱和非对称传输特性的关系进行了讨论, 并研究了介质层、金属层的厚度以及电磁波入射角度对非对称传输特性的影响。

为实现中红外大气窗口(3～5.m)和远红外大气窗口( 8～14.m)的低红外透过率，设计了一种双频红外频率选择表面( FSS)，该 FSS由两个外侧六边形内侧圆形的环状结构组成。CST电磁软件仿真结果表明，该 FSS在中远红外两个大气窗口内的平均透过率低于 5%，实现了中远红外的双阻带。采用表面电流分析法分析了该 FSS的滤波机理，该结构通过屏内单元间的耦合形成对称电流模式，使散射场增强，透过率降低，形成了相应波段的阻带。仿真结果表明该结构具有极化稳定性，且对于不同入射角的 TE波具有良好的角度稳定性，介质层厚度和损耗角正切值对传输特性影响较小，介电常数对其影响较大。

为实现在中、远红外两个大气窗口的低透过率, 设计了一种基于六边形环状结构的双屏红外频率选择表面, 利用 CST电磁软件进行仿真分析, 发现该频率选择表面在 3～5 .m和 8～15 .m两个波段内的平均透过率低于 0.025, 实现了红外波段的双阻带; 采用等效表面阻抗和表面电流法分析了该频率选择表面的滤波机理, 发现不同极值点处由于屏间耦合或屏内单元间的耦合在谐振单元表面感应出对称分布的电流从而使散射总场增强, 形成增强型反射, 即比较理想的红外光阻带; 最后研究了电磁波的入射角度、极化方式以及介质层的厚度对频率选择表面传输特性的影响。

为实现在中、远红外两个大气窗口的低透过率, 设计了一种基于六边形环状结构的双屏红外频率选择表面(FSS), 利用CST电磁软件进行仿真分析, 发现该FSS在3~5 μm和8~14 μm两个波段内的平均透过率低于2.5%, 实现了红外波段的双阻带; 采用表面电流模式分析法和有效介质理论分析了该FSS的滤波机理, 发现不同谐振点处由于屏间耦合或屏内单元间的耦合在谐振单元表面感应出对称分布的电流从而使散射总场增强, 形成增强型反射, 即比较理想的红外光阻带; 最后研究了电磁波的极化方式、入射角度、介质属性以及结构参数对FSS传输特性的影响。结果表明该FSS具有良好的偏振稳定性和角度稳定性, 介质属性和结构参数对其传输特性有较大影响。

为实现远红外大气窗口（8～14 μm）的低红外透过率，基于六边形环状结构设计了双屏远红外频率选择表面（FSS）。仿真结果表明，该结构在8～14 μm 波段的平均透过率低于5%。对该结构的表面电流分析说明，谐振单元表面感应出的对称分布电流以及双屏结构之间的耦合效应使得散射场增强，透过率降低。研究了该结构在不同入射角和不同极化条件下的传输特性，结果表明该结构在8～14 μm 具有良好的角度稳定性和极化稳定性。分析了介质层介电常数、厚度以及损耗角正切对该FSS 传输特性的影响，结果表明介质层介电常数对FSS 的谐振频率和带宽有较大影响。

为设计红外周期性吸波结构，本文分析了周期性吸波结构的谐振单元尺寸、介质层厚度和介电常数对吸波效果的影响，研究周期性吸波结构的吸收规律，设计了一种由两种不同尺寸圆形贴片构成的周期性结构，仿真结果表明该结构在SO₂ 气体探测器的两个特征吸收波长4.0 μm 和7.35 μm 处吸收率分别达到99.67%和99.97%，并且该结构对极化方向不敏感，吸波效果良好。

本文设计了工作在第二个大气窗口(3 μm~5 μm)和第三个大气窗口(8 μm~14 μm)的双频段FSS。该FSS为双屏结构，由六边形金属网格和六边形谐振环阵列组合而成。仿真结果表明，该FSS在两个大气窗口的平均透过率低于5%，且对不同角度入射的电磁波具有良好的角度稳定性。分析了结构主要尺寸参数对传输特性的影响，结果表明，调整六边形谐振环的单元尺寸能够有效调节3 μm~5 μm波段范围内-10 dB阻带的带宽，增大金属网格的单元尺寸会使得8 μm~14 μm波段范围内的阻带向长波方向移动。

为实现中、远红外大气窗口的双波段低红外透过率, 设计了由 2层不同尺寸圆环单元构成的双屏红外频率选择表面(FSS), 仿真结果表明该 FSS在 3～5 μm和 8～12 μm波段形成两个平均透过率低于 5%的阻带。对 FSS表面电流分析的结果说明, 谐振单元表面感应出的对称分布电流使散射总场增强, 形成增强型反射, 而不同尺寸的谐振单元具有不同的谐振波长, 两层谐振单元共同作用形成了两个阻带。研究了入射角以及介质层属性(厚度、介电常数和损耗角正切)对 FSS传输特性的影响, 结果表明 FSS在两个大气窗口内具有良好的角度稳定性, 介质层介电常数对 FSS的传输特性有较大影响。

为了分析不同探测环境对卫星红外探测的影响, 推导了倾斜探测路径下目标与背景在探测器入瞳处的辐照度对比度计算公式。计算了目标在海天背景下不同温度、不同高度、不同太阳天顶角、不同探测天顶角条件下, 目标与背景在 0.75～14.m波段的红外单色辐射照度对比度。分析指出: 太阳天顶角对红外探测的影响主要在 2.7.m以下波段, 探测波长大于 2.7.m可不考虑太阳的影响。目标在 5 km以下、探测天顶角在 60.以上继续增加时, 探测波段变窄, 不可探频段增宽；目标在 10 km以上, 探测天顶角变化对探测影响很小。这些结论可用于指导卫星红外探测波段选择与探测结果分析。