超材料天线罩雷达散射截面特性分析

以超材料为代表的新技术迅速崛起,大大推进了天线罩的技术进步,与往常天线罩不同的是,超材料天线罩改进了天线系统的散射特性。多年来,人们注重于天线罩的传输特性而忽略了散射特性研究,一方面原因是控制天线罩的散射性能的需求不甚迫切,另一方面原因则是准确分析耗时费力,难度很大,特别是电大尺寸的天线罩的散射特性几乎无法精确计算。虽然高频光学近似在分析天线罩传输特性方面,精度较高,基本满足设计需求,但是在分析天线罩散射特性方面,偏差较大,很难满足设计需求。针对超材料天线罩雷达散射特性分析需求,文中首先分析比较了不同方法对于介质天线罩雷达散射截面(RCS)的计算结果的差别,分析了产生的原因,采用特征模型结合全波分析方法,计算了超材料天线罩散射特性,并与测试结果进行了比较,仿真和试验结果的包络符合较好,验证了在天线罩中采取吸收措施能明显降低其RCS,可供超材料天线罩设计师参考。

基于共享孔径技术的低RCS电磁超构表面天线设计

提出一种基于共享孔径技术设计低雷达散射截面(radar cross section,RCS)电磁超构表面天线的新方法.该方法首先设计具有低RCS性能的超构表面,然后借鉴共享孔径技术思想,将超构表面和传统天线的辐射结构直接共享口径紧密排列,得到新型低RCS天线结构,并结合电流分析和局部结构修正,优化天线的辐射性能,最终同时实现天线的良好辐射和宽带低RCS性能.为了阐明该方法,基于极化旋转机理设计了一款低RCS超构表面,采用共享孔径思想和电流分析,得到了一款宽带低RCS超构表面天线,详细分析了该天线的工作机理与性能.结果表明:设计的天线在保证较好辐射的同时,实现了超宽带RCS减缩,提出的设计方法摒弃了从天线到低RCS天线的传统设计思路,通过逆向思维,将散射的优化问题转化为辐射的优化问题,不仅实现了天线与超构表面的一体化设计,还显著地降低了低RCS天线优化设计的难度,加速了天线优化进程.

掠入射下舰船运动对本体雷达散射截面积概率密度的影响

[目的]航行运动产生的姿态变化会导致对自身雷达散射截面积(RCS)概率密度发生变化,因此有必要掌握舰船在各种运动工况时对掠入射下自身的RCS概率密度的影响程度。[方法]利用准静态的思路,构建水动力和电磁散射特性联合仿真模型及计算流程,选取掠入射下10 GHz连续波作为探测雷达波威胁,对不同统计时间、海况、航速、航向等参数下的舰船本体RCS概率分布进行对比和分析。[结果]结果表明,对数正态分布模型可较好地模拟船模静态RCS分布特性,统计时间大于250 s后动态RCS概率分布基本稳定;在低海况下及随浪或顶浪航行时动态RCS概率分布曲线存在“毛刺”现象。[结论]研究表明,航速对舰船RCS概率密度分布的影响可以忽略;浪向角对舰船RCS概率密度分布的影响在较高海况时才明显;海况增加使得RCS分布概率曲线越来越顺滑;统计时间对RCS概率密度分布的影响较大,需积累足够的数据进行试验或仿真才能准确掌握舰船RCS概率分布特性。

一种超宽带低雷达散射截面印刷天线

该文采用分形互补型FSS（Frequency Selective Surfaces）结构作为微带天线的贴片与接地板,设计并制作了一种超宽带低RCS（Radar Cross Section）印刷天线。仿真结果表明,比之初始天线,天线相对带宽从2.9%扩展到140%,在整个天线频带内（3.9~22.1 GHz）RCS都得到了有效的减缩,减缩最大达到25.15 dB,同时保持较高的增益。测试结果与仿真具有较好的一致性,证实了该方法的有效性。

分形在天线雷达散射截面减缩中的应用

首次提出利用分形独特的填充性能实现天线雷达散射截面 (RCS)减缩 ,同时 ,分形单元可以减缩单元间的耦合 ,提高阵列的性能。给出了分形天线与常规天线辐射、散射特性的对比 ,表明将分形的概念用于天线设计中 ,不仅可以减小互耦 ,提高天线阵列的辐射性能 ,而且也可以减小天线的雷达散射截面 ,对天线的隐身有一定的借鉴作用。

采用FDTD法研究微带天线雷达散射截面的减缩

采用时域有限差分法(FDTD)方法以及新的含有内阻的磁流环激励同轴馈电模型研究了微带天线的辐射及散射特性,分析了集总负载加载和贴片表面开槽对微带天线雷达散射截面(RCS)的影响,研究了微带天线RCS减缩前后的回波损耗、增益及方向性的变化.研究表明,集总负载加载能降低谐振频率点的RCS,开槽方法能在天线辐射性能改变不大的情况下对微带天线的RCS具有较好的减缩作用.

电磁带隙结构在天线雷达散射截面减缩中的应用

提出了一种使用电磁带隙结构来减小微带印刷对称阵子天线雷达散射截面的方法。该方法利用电磁带隙结构的带阻特性,使其能作为天线的地板,在带外(非谐振)时,电磁带隙结构对入射电磁波起滤波作用。仿真和实验的结果表明,电磁带隙结构能保证天线在带内辐射不受影响的同时,还大幅度地降低了天线带外的雷达散射截面。

低雷达散射截面的微带仿生天线

针对微带天线辐射性能提高和雷达散射截面(RCS)减缩这一矛盾,文中将仿生学原理应用到微带天线结构设计中,并提出一种蝴蝶仿生结构的微带天线。该结构在贴片蝶形化的基础上,将蝴蝶在阳光下呈现的深色区域通过开槽方式除去。理论分析和仿真、实测结果表明,该方法设计的微带天线在辐射性能没有变化的同时,在4 GHz～8 GHz频率范围内单站RCS有了较大幅度的减缩,最大减缩量达到了23 dBsm。

反射面天线带内雷达散射截面

天线的雷达散射截面是由结构散射项和模式散射项两个部份组成。在天线工作频率上，虽然模式散射项可以通过调整馈源匹配使其很小，但是宽频带的匹配实现起来并不容易。所以单单通过馈源匹配来降低天线的雷达散射截面所获得的带宽较窄，而且不能解决正交极化的ＲＣＳ问题。本文分析了反射面天线带内的雷达散射截面，并就几种ＲＣＳ减缩措施进行了讨论。

环形金属在微带天线雷达散射截面减缩的应用

提出了一种利用环形金属结构实现低雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）的微带贴片天线.该结构由几个金属同心环排布而成.对典型的微带天线,通过在辐射贴片周围加载该环形结构,天线可以实现明显的宽带RCS减缩效果.实验结果表明：与参考天线相比,对于X极化垂直入射波以及Y极化垂直入射波在6~25GHz范围内都有减缩效果,天线在12.8GHz时可以达到30dB的减缩量,同时天线的辐射特性得到保持.

利用超材料吸波体减缩缝隙天线雷达散射截面

给出了一种极化稳定、宽入射角、无表面损耗层的超薄超材料吸波体,并将其用于波导缝隙天线,降低天线带内雷达散射截面.理论分析与仿真、实测结果表明:该吸波体最大吸波率达99%,厚度仅为0.005 7λ,通过优化其在天线辐射缝隙周围的排列分布,使天线带内雷达散射截面在-21°至+21°角域减缩超过3dB,法线方向雷达散射截面减缩在13dB以上,同时天线增益提高了0.99dB.

基于JEC-FDTD算法的等离子体天线雷达散射截面计算

采用电流密度卷积FDTD算法(JEC-FDTD)计算了等离子体天线的散射特性,分析了等离子体天线处于工作状态时等离子体参数(密度、碰撞频率)及天线外部约束腔体对天线雷达散射截面(RCS)的影响.数值结果表明,等离子体天线的RCS会随等离子体密度的减小及碰撞频率的增大而减小.而约束腔体只有在高频段时才会对等离子体天线的RCS值产生较大的影响,因此,在不影响天线性能的情况下,可以根据信号频率调节等离子体参数。

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。

双反射面天线的雷达散射截面

近年来,降低天线的雷达散射截面已是电子对抗领域中的重要课题。该文针对已广泛应用的双反射面天线讨论降低其雷达散射截面的方法。结果表明,在保持增益不变的情况下合理选择主反射面的焦距是能够达到降低雷达散射截面的需要的。

一种新型高增益低雷达散射截面微带天线

设计了一种双屏频率选择表面,由传输线模型和表面电流、电场分布分析了其透波机理,并将其作为微带天线的天线罩;由射线理论和相位相消原理分析了新天线高增益和带内雷达散射截面减缩机理.仿真和实验结果表明：加载天线罩后的天线,在带宽没有受到影响的条件下,天线增益提高了5.49dB,E、H面半功率主瓣宽度分别减小了63°和52°;同时,在2-18GHz范围,天线法线方向带外和带内雷达散射截面减缩均在5dB以上;在-23°-23°范围,天线带内雷达散射截面减缩最大超过20.94dB.

一种宽带低雷达散射截面微带天线设计

设计了一种宽带低雷达散射截面微带天线,通过在微带天线接地板周围刻蚀周期性频率选择表面,在天线工作频带内,FSS呈现带阻特性,保持原始天线辐射特性,在天线工作频带外,FSS呈现带通特性,入射电磁波将穿过天线从而减缩天线带外RCS。为进一步减缩天线RCS,通过在介质板底面刻蚀周期性方形贴片,增加一个反射相位零点,从而进一步减缩天线高频部分的RCS。仿真和实测结果表明,与原始天线相比,通过加载FSS方环和方形贴片,天线的带外RCS得到有效减缩,天线辐射特性得到很好保持。

一种编码式低雷达散射截面超表面天线阵列设计

设计了一种非周期排布的低雷达散射截面超表面天线阵列.该阵列由两种天线单元构成,两种天线单元的上层贴片形状相同,正交放置,作为天线单元能以同种极化方式在相同频带下工作,作为超表面单元相互之间能形成180°±37°的有效相位差.阵列在x极化方向与y极化方向上分别利用相位对消与吸波原理减缩雷达散射截面.同时,根据编码超材料理论,使用编程软件将两种单元进行非周期编码,使阵列的反射场呈漫散射状分布,有效降低了其峰值雷达散射截面.仿真结果显示天线阵列的辐射性能良好.与同等大小的金属板相比,在x极化波垂直入射时,设计天线阵列单站雷达散射截面(radar cross section,RCS)的6 dB减缩带宽为4.8—7.4 GHz,相对带宽为42.6%;在y极化波垂直入射时,设计天线阵列单站RCS的6 dB减缩带宽为4.6—7.8 GHz,相对带宽为51.6%.同时,设计天线阵较棋盘式天线阵散射能量分布更加均匀,空间中RCS峰值明显降低.实测结果与仿真结果符合较好.

基于极化转换超表面的宽带低雷达散射截面缝隙天线阵

提出了一种利用极化转换超表面(PCM)来缩减雷达散射截面(RCS)并保持缝隙天线阵列辐射特性的新型天线,在不影响天线性能的情况下实现了天线的宽带RCS缩减。该PCM由45°倾斜的开槽矩形贴片周期排布构成,它被放置在缝隙阵列天线的上表面,起到RCS缩减的功能。分析了RCS缩减的特点和原理,仿真和实验结果表明,带有PCM的缝隙天线阵在x极化和y极化波冲击下,单站RCS缩减带宽为8.0~21.8 GHz。同时天线的辐射特性在阻抗带宽、增益和辐射模式等方面都能保持良好性能。

基于超表面的低雷达散射截面宽频贴片阵列天线设计

该文设计了一种基于超表面(MS)的低雷达散射截面(RCS)宽频贴片阵列天线。该天线由工作在不同频段的两种开缝贴片天线组成2×4的八元阵,以此实现天线小型化并扩展其带宽,根据相位相消原理,将两种人工磁导体(AMC)以棋盘布阵的方式组成超表面加载到天线阵周围,使其具有低RCS特性。实测和仿真结果表明:加载超表面后,天线工作带宽由5.7~6.2 GHz扩展为5.6~6.6 GHz,相对带宽增大1倍,辐射特性基本保持不变;当平面波垂直入射时,天线单站RCS减缩效果明显,其中,X极化波下3 d B减缩带宽为5.3~7.0 GHz,最大减缩量达31 d B,Y极化波下3 d B减缩带宽为5.8~6.9 GHz。

基于频率选择面低雷达散射截面的波导天线设计

设计了一种可以缩减波导缝隙天线带内雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)的频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)结构.该结构采用人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor,AMC)方环为基本单元,螺旋排布的方式组成FSS反射地板,波导缝隙天线作为底部馈源.为了证明该天线在带内具有良好的RCS缩减性能,采用了同等大小的金属地板作为参考天线地板进行对比.仿真计算结果表明,当入射波垂直入射天线时,天线带内RCS可达-25dB,所设计的结构具有良好的带内RCS减缩性能,同时保持了正常的天线辐射性能.