天线散射理论研究

本文给出单端口天线和多端口天线阵列的基础散射理论,该理论清晰地说明了天线散射的原理.以该理论为基础,可以得到求解天线散射场的方法,从而解决了长久以来天线散射场中结构模式项散射和天线模式项散射之间的相位差难以确定的问题.本文工作对天线隐身有重要意义.

赛博空间中的天线散射特性研究

5G网络技术可以满足赛博空间(Cyberspace)发展对通信平台性能提出的高要求,大规模MIMO(Multiple-input multiple-output)天线阵列是5G核心技术之一.实际中大规模MIMO天线阵列的互耦效应会大大降低香农容量,在未来5G天线系统中,面临的最大挑战是如何有效消除阵列中单元天线间的互耦.针对大规模阵列天线互耦问题,应进行天线单元的散射特性研究.本文在开路状态下"不可见"的最小散射天线基础上,推导了最小散射天线串联四分之一波长透明网络的散射矩阵,证明该状态即为短路状态下的最小散射天线.对一种X波段波纹喇叭天线分别进行短路、开路、匹配三种负载状态下的散射测量,根据最小散射天线理论分离出了天线的额外散射、伴随散射和失配散射.用分离获得的散射分量,推算了波纹喇叭天线的散射最大值和最小值,其中推算出的最小值远低于天线匹配时的散射.用滑动短路器作为可变负载,进行预设负载状态下波纹喇叭天线的散射测量,实测获得了推算出的散射最大值和最小值,验证了单元天线散射特性研究的正确性.结果说明,在进行大规模阵列的单元天线设计时,除了考虑单元天线的辐射特性之外,也要考虑天线的散射特性,以降低天线的互耦效应.

天线模式项散射分析与天线RCS减缩

天线的散射场是由结构散射场和模式散射场两项组成。理论分析和实验结果表明,后者对天线的雷达散射截面(RCS)的贡献比前者要大得多,有效地克服模式散射场将会明显地降低天线的RCS。本文提出了一种以克服面天线模式散射场达到降低天线雷达截面的模式项消去法减缩天线RCS技术,并在几种天线模型上进行了实验。实验结果证明,这种技术减缩天线RCS的效果,不管在天线工作频带内还是频带外均可达到10～15dB。模式项消去法减缩技术是一种降低面天线RCS的新途径,比其它减缩技术频带更宽,具有较好的工程适用性。

双反射面天线模式散射场的抑制及其RCS减缩

用频率选择表面（ＦＳＳ）替代普通双反射面天线的副反射面，可以有效地克服模式散射场，从而在带外显著地降低天线的雷达散射截面（ＲＣＳ）．实测结果表明，依靠这种方法可以获得２０ｄＢ左右的天线ＲＣＳ减缩效果，而天线的辐射性能却不会受到大的影响。

天线雷达散射截面的分析与实验

本文利用天线散射的基本原理，以波导激励振子抛物面天线为例，计算并分析了天线的结构项散射雷达截面ＲＣＳｓ和模式项散射雷达截面ＲＣＳｅ，给出了此天线雷达截面的预估值。实验结果表明，理论预估值与实测值吻合较好，并且证明天线的模项ＲＣＳｅ大于结构项ＲＣＳｓ，天线总的雷达截面主要受天线模式散射的影响，减小模式项ＲＣＳｅ将有效地降低天线的雷达截面。

相控阵天线系统散射分析

该文采用S参数分析了有源相控阵天线单元馈电系统模型的接收机负载反射系数。将该反射系数代入阵列天线散射场基础理论公式分析了有源相控阵天线的散射场,将有源相控阵天线的天线模式项散射场分为天线模式反射散射场和天线模式相控散射场进行分析。最后通过一维线阵验证了理论分析结果。该分析方法和分析结果为相控阵天线RCS计算和控制提供了理论指导。

准八木型相控阵天线模式项散射特性研究

采用工程预估方法对大规模相控阵天线模式项散射特性进行分析,考虑了均匀矩形阵列相控阵天线在不同波束扫描角度下的散射特性。实测相控阵为40×50准八木型均匀矩形阵列天线,工作在X波段,中心频率为10 GHz,峰值增益为37.421 33 dBi,运用HFSS阵列综合预估技术给出了数学近似公式和近似综合2种近似方法计算天线模式项雷达散射截面。仿真结果表明相对于传统预估技术,近似方法计算精度虽有所下降,但效率很高,大大提高了对天线阵列散射预估的速度。

将推广的理想匹配层用于分析天线近场散射

讨论了应用于计算天线近场散射问题的推广的理想匹配层吸收边界条件的问题 .所提出的方法在分析天线近场散射问题中取得了比较好的效果 。

阵列天线RCS分析及减缩

阵列天线的散射场由结构项散射场和模式项散射场2部分组成,在低RCS阵面设计过程中,两者互为主导,相互制约,必须同时有效克服。文中给出了一些天线结构散射场和模式散射场的减缩方法,仿真结果表明它们能够有效降低天线阵面的雷达散射截面,达到天线隐身的目的,具有较好的工程实用性。

天线RCS减缩技术研究的新进展

简要回顾了国内天线ＲＣＳ减缩技术研究的情况，介绍了作者近年来在此方面取得的成果。在对各种降低天线ＲＣＳ技术途径研究的基础上，通过对天线散射机理的理论分析和实验研究，提出了由抑制模式项散射而降低天线ＲＣＳ的模式项消去法天线ＲＣＳ减缩技术，并就此技术在几种反射面天线上的应用进行了探讨。在典型双反射面天线上应用此项技术所得的实验结果表明，采用此项技术以后天线的ＲＣＳ可以降低２０ｄＢ左右，而天线的增益下降不到１ｄＢ。微带天线将是解决天线ＲＣＳ问题的发展方向，文中也就此问题作了讨论。

低RCS雷达天线技术的研究和应用

设计和使用具有低ＲＣＳ性能的雷达天线是一项涉及到多项研究领域的课题，一直为国内外所关注。随着对天线散射机理的深入分析，一些创意较新的天线ＲＣＳ减缩技术被提出，如本文介绍的以抑制天线模式项散射为主的选频副反射面和馈源滤波罩等技术，这些技术不但具有较好的低ＲＣＳ性能而且具有较好的适用性，频率选择表面（ＦＳＳ）技术已被广泛地用于卫星多频段通讯，而在低ＲＣＳ雷达天线技术方面同样也具有极其重要的应用价值，ＦＳＳ方面的研究成果有效地改善了使用ＦＳＳ的低ＲＣＳ天线的性能，而低ＲＣＳ天线技术发展的需要又反过来对ＦＳＳ提出了更高的要求，本文对国内外在ＦＳＳ研究方面的成果和发展趋势也作了分析和介绍。

阵列天线互耦补偿技术研究

分析阵列天线的互耦机理,利用电磁散射理论研究阵列天线的散射特性,得到阵列天线的散射矩阵,并根据散射矩阵中的实际物理意义,将矩阵进行分解,推导出阵列天线的互耦补偿公式,避免了复杂的计算,并在实际测试数据的基础上,利用提出的算法进行互耦补偿,验证了该算法的有效性。

利用开槽和短路探针加载减缩微带天线RCS

提出利用开槽和加载短路探针等微带天线小型化技术,降低天线谐振频率,减小天线尺寸,抑制天线结构项散射从而实现天线雷达散射截面(RCS)减缩.在微带天线上应用此方法所得的仿真结果表明,使用该方法后天线工作频带内的RCS可降低4 dB左右,而天线的增益下降不到0.4 dB,从而保证天线的辐射性能的同时,明显地减小了工作频带内天线的雷达散射截面.

附加延时线的阵列天线模式项RCS减缩优化

减缩天线雷达散射截面时需要保证天线的基本辐射性能,这使得对其带内的雷达散射截面控制变得十分困难.为此,提出了加载不等长延时线的方法来实现阵列天线模式项雷达散射截面的减缩.由于天线模式项散射实质上是天线接收的入射能量经馈电内部不匹配处反射而从天线再次辐射所致,当给阵列单元与馈电网络之间接入一组延时线后,辐射能量只经过这组延时线一次,而散射能量却要通过两次.因此,优化每根延时线长度,调整辐射与散射间的相位差,就可在天线基本工作性能不变的前提下减缩其雷达散射截面.对双站、单站雷达散射截面减缩的实例表明,采用上述方法可使天线模式项雷达散射截面减缩14 dB以上.

微带天线RCS减缩方法的研究

设计一款常规微带天线,保证其工作带宽和增益良好。然后,结合RCS减缩技术中的短路探针加载、贴片小型化、接地板开槽等技术对微带天线进行依次处理,对比参考天线与技术处理后天线的RCS,即保证了天线辐射的工作性能,又能实现RCS减缩的效果,验证短路探针加载、小型化、开槽技术的可行性、有效性。在此基础上,加载AMC棋盘式结构,进一步提高RCS的减缩量。

分形开槽减缩微带天线RCS

分形由于其独特的结构及性能早已在天线的设计中有所应用,但较少地应用于天线雷达散射截面减缩。本文首次将分形思想应用到开槽微带天线中。设计了一副分形开槽微带天线,与常规微带天线相比,在辐射性能降低不多的同时较好地实现了整个频带RCS减缩。

利用超材料减缩微带阵列天线RCS

为了减缩微带阵列天线的带内雷达散射截面,设计了一种EBG结构的吸波超材料,从导纳圆图分析了其吸波机理。其厚度为0.3 mm,吸波率达到99.9%,将其加载于微带阵列天线贴片周围。仿真结果表明:阵列天线各个阵元的回波损耗和天线增益基本保持不变,在5.44~5.85GHz间法向RCS减缩达到3 d B,最大减缩达到16.1 d B。单站RCS在-40°^+40°角域、双站RCS在-90°^+90°角域得到了减缩,证实了该吸波结构有良好的吸波效果,可以用于微带阵列天线带内隐身。

一种宽带吸波超材料在天线RCS缩减中的应用

本文设计了一种由圆环和带电阻方环周期排列构成的宽带吸波超材料,并将其用于贴片天线雷达散射截面(RCS)的缩减.吸波单元由一个带电阻的方环和4个环绕在方环顶角周围的1/4圆弧构成.10×10单元构成的吸波超材料在6.5 GHz~12.5 GHz(相对带宽为63%)频带内的吸波率均在90%以上,吸收峰值可达98%.本文设计的低RCS天线是将此10×10单元的吸波超材料中心的2×2个单元去掉,形成一个矩形窗口,并将贴片天线置于矩形窗内.仿真和测试结果表明:所设计天线在9.3 GHz~10.1 GHz工作频带内的RCS平均缩减8.1 dB,在6 GHz~12 GHz频率范围内平均缩减10.2 dB,RCS的缩减量在7.68 GHz处达到最大值23.54 dB,并且辐射方向性得到明显改善.

双H形槽减缩微带天线RCS

开槽早已在微带天线的设计中有所应用,主要是用来改善辐射性能,虽然在天线雷达散射截面减缩中也有应用,但带内减缩效果不太明显。文章结合加载短路针的方式,经过大量仿真实验,找到了一种能很好减缩RCS同时辐射性能降低很少的开槽方式———双H形槽。文章给出了双H形槽的辐射性能及散射特性,并与原天线做了分析比较。

HFSS/UTD混合法在天线设计中的应用

为精确设计某型散射通信天线,采用高频电磁仿真软件(HFSS)仿真设计反射面天线的馈源结构,然后对馈源的远场进行拟合、插值,并结合一致性绕射理论(UTD)计算整个天线的方向图。通过对天线的实测,结果吻合较好,说明该混合法对此类天线的分析精度高、速度快,在工程设计中有很大应用空间和前景。