基于超表面的低雷达散射截面天线研究

来源 :战略支援部队信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhshgu1983
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现代电子战争复杂多变,在战场复杂的电磁环境中,雷达隐身能力的强弱是决定武器装备存活率高低的重要因素。雷达天线系统作为现代武器的“千里眼”,是进行远程精确打击、决胜千里之外的重中之重,必须保证其具有良好的辐射能力,从而确保军事行动的完成。但天线同样是整个武器平台雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)的主要贡献者,很容易在敌方雷达的探测下暴露,如何降低其散射能量是当前各国隐身技术研究的重点。超表面因其优秀的电磁调控特性以及易集成、低损耗等特点,在缩减天线RCS方面具有独特的优势。本文利用超表面对贴片天线和缝隙天线RCS缩减进行了具体研究,主要工作如下:第一,提出了一种基于宽带人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor,AMC)的低RCS天线设计方法,设计和实现了一款基于分形AMC结构的低RCS贴片天线。基于矩形环和方形贴片设计了两种不同的分形AMC单元,在9.3-17.6 GHz频带内具有180°±30°的相位差,将两种单元组成阵列交叉排布成棋盘超表面,在8.5-18.4 GHz频带范围内能够实现5 d B以上的单站RCS缩减。将棋盘超表面与贴片天线相结合,与未加载超表面时相比,天线的带宽扩展了300 MHz,最大增益提高了1.9 d B。而且在8.6-18.2 GHz(相对带宽71.6%)频带内均实现了5 d B以上的单站RCS缩减。第二,提出了基于一种宽带极化转换超表面(Polarization Conversion Metasurface,PCM)的低RCS缝隙天线阵设计方法,设计和实现了一款基于宽带极化转换超表面的低RCS缝隙天线阵。设计了一种开槽矩形结构的极化转换单元,可以在8.8-19.3 GHz频带范围内有效的将线极化波转换为交叉线极化波。将该单元与其镜像单元进行棋盘排布组成超表面,PCM结构在7.78-21.69 GHz频带内均可实现5 d B以上的单站RCS缩减。通过功分馈电网络设计了一个2×2缝隙天线阵,并将PCM加载在缝隙天线阵上方,通过开槽来减少对天线辐射的影响,在保证天线基本辐射性能的情况下实现了8.0-21.8 GHz(相对带宽92.6%)频带范围内5 d B以上的单站RCS缩减。第三,提出了一种基于双频带极化转换超表面的低RCS天线设计方法,设计和实现了一款基于双频带极化转换超表面的低RCS贴片天线。设计了一种双开口环结构的极化转换单元,能够在6.6-11.8 GHz、17.1-18.1 GHz两个频带内实现90%以上的极化转换率。研究了极化转换单元数量对棋盘超表面散射性能的影响,将超表面加载在贴片天线上,仿真和测试结果表明,加载超表面后贴片天线最大增益提高了1.8 d B,带宽扩展了300MHz,能够在6.8-11.3 GHz和16.3-18.6 GHz两个频带范围内实现5 d B以上的天线单站RCS缩减,可以有效覆盖X和Ku频段。
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