基于频率选择表面(FSS)技术的微小卫星隐身天线罩设计

天线是卫星的强散射源,降低天线的RCS是卫星隐身设计的重要研究课题之一,本文提出了一种基于频率选择表面技术的微小卫星天线罩设计方案,可有效降低卫星天线的RCS。首先针对隐身天线罩设计要求,设计天线罩壁,包括各层介质的介电常数、厚度等。然后设计附着在罩壁上的FSS屏。进一步制作天线罩实物,通过在微波暗室进行天线罩扫频测试,实际测量该天线罩的频率响应特性,并测试星上天线方向图。结果表明,本文提出的天线罩设计可满足微小卫星天线在给定频段的阻带特性,并保持在给定正常工作频段的通带特性,说明该微小卫星隐身天线罩设计是有效的。

曲面双层带通频率选择表面天线罩设计

针对复杂曲面外形严重影响频率选择表面(FSS)天线罩传输特性的问题,提出了一种基于表面寻迹技术的曲面FSS天线罩设计方法。首先通过平面网格剖分对曲面进行拟合及表征,然后采用表面寻迹算法对FSS阵列的排布位置进行计算,最后将平面FSS结构投影于曲面外形,从而提高了曲面FSS阵列的排布及建模精度。采用该方法完成了某K频段A夹层曲面FSS天线罩的设计及测试,结果表明该曲面FSS罩的传输特性与平面FSS基本一致,且对天线辐射方向图影响较小,有效消除了复杂曲面外形对天线罩传输特性的影响。

基于Altair FEKO的有源频率选择表面隐身天线罩RCS研究

频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)隐身天线罩是天线罩发展的新阶段,但仍存在无法"带内隐身"的缺陷。性能可重构的有源频选(Active FSS,AFSS)可通过外加偏置人工调节其滤波性能,通过"时域隐身"实现天线罩在全频段的隐身,为未来隐身提供新思路。本文基于Altair FEKO软件,首先设计了一款工作于C波段且具备良好滤波性能的AFSS,其在关闭状态下保持带通特性,而在打开状态下切换为屏蔽特性。对应于AFSS的透明与不透明两个状态,分别对内部含天线的介质天线罩和金属天线罩的后向单站RCS进行仿真对比,通过结果分析可知,AFSS能使天线罩带内的天线强镜面反射RCS至少降低10d B,且在±60度入射角范围的单站RCS都保持在较低的水平,均低于-10d B。

一种低频段小型化带通频率选择表面天线罩设计

具有陡峭截止性能的带通型频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)在低频段天线设计中有重要应用需求,而传统带通型FSS设计在低频段存在单元尺寸过大和散射栅瓣等问题。为此,提出了一种低频段小型化的带通型FSS天线罩。该结构通过多层非谐振型FSS级联而成,并采用介质加载和FSS单元交叉曲折等小型化设计技术,使其具有S频段二阶带通空间滤波特性,相对带宽达到25%。同时,FSS单元尺寸减小至1/16λ_(0)(λ_(0)为中心工作波长),天线罩电厚度约为1/20λ_(0)。基于带通FSS的等效电路模型,给出了详细的FSS单元小型化设计过程,完成了该S频段小型化二阶带通型FSS天线罩实物样件加工和传输特性测试工作,测试结果与全波仿真结果吻合较好。

频率选择表面天线罩研究现状与发展趋势

天线罩主要的功能是对天线以及整个微波系统进行保护的一个装置,其可以有效地防止系统遭到环境的影响,因此,被广泛地应用在了无线通信领域之中。由于天线罩的位置靠近近场区,所以,无法避免将会影响到天线的性能。在对天线罩进行设计时,便要求改善天线罩的结构,从而确保天线罩对天线性能的影响降到最小。同时,通过改善天线罩的结构,还能够取得优良的隐身效果。本文介绍了频率选择表面天线罩的优势,阐述了频率选择表面天线罩技术国内外的研究现状,并对未来频率选择表面天线罩的发展趋势进行了探讨。

频率选择表面天线罩研究现状综述

在空间中电磁环境逐渐拥挤复杂及实际工程应用中需求多样化的大背景下,设计具有多功能特性的频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)以及将频率选择表面与传统天线罩混合设计,从而提升其对电磁波控制性能的研究具有十分重要的意义。本文主要介绍了天线罩分类、FSS天线罩相关概念以及FSS天线罩设计方法和发展趋势。

一种双曲率雷达罩的频率选择表面分片设计

提出并发展了一种适于任意双曲率曲面雷达罩的FSS设计方法。基于周期矩量法快速评估FSS的频率响应。经过仿真和优化设计出初步的FSS参数,制作了等效FSS平板样件。根据等效平板频率响应的测试结果及实际雷达罩的双曲率曲面外形特点对FSS参数进行修正。沿母线方向将雷达罩内表面分段划分,每一段采用直锥面进行曲面逼近并展开为分片的扇形平面,在每一分片平面上按照设计参数排布FSS单元,制作了曲面FSS雷达罩。试验测试显示,采用局部平面-曲面修正分片方法所设计的FSS雷达罩满足预期的各项性能指标要求。

频率选择表面A夹层雷达罩的传输特性

基于互导纳法设计了A夹层频率选择表面(FSS)罩壁结构并制作了平面试件和圆锥形雷达罩试件,验证了复合结构的一体化加工工艺。在微波暗室中对平板试件和FSS锥形罩进行了测试将部分测试结果与计算结果进行了比较。结果表明,A夹层加载的双层FSS带内传输损耗较小,具有一定的平顶特性,且带宽的入射角和极化稳定性较好。60°斜入射时,双层FSS的TE和TM极化的-3 dB带宽之差比相应单层FSS减小1.3 GHz;蜂窝夹芯层厚度较大时(1/4λ左右),A夹层两侧的单层FSS之间耦合较小,因而双层FSS的谐振频率与单层相同。曲面FSS雷达罩的传输特性与天线极化状态和测试方位均有关系,在主极化平面内与平面试件的结果一致,表明局部近场测试时曲率的影响较小,设计时可采取局部平面近似。

频率选择表面天线复用副面的研究

在毫米波和红外相结合的复合系统研究中,结合飞行器雷达天线系统的设计需要,在理论分析的基础上,采用频率选择表面(FSS)来设计天线复用副面。实验结果表明,该副面实现了透过毫米波和反射红外光的双工性能,并适于双色和多色红外复合系统。FSS天线复用副面的材料应尽量选用厚度适中、平整光洁的低耗衬底介质敷铜基板,以达到更为理想的设计效果。

复合FSS的毫米波“矩形化”通带频率选择天线罩

设计和制备一种基于FSS的毫米波频率选择透波的轻质耐高温天线罩。在薄膜覆铜板材料上设计周期性排列的图案形成FSS,并将多层FSS夹入多层石英纤维增强聚酰亚胺预浸料之间,高温模压实现天线罩的制备。测试结果表明:新型天线罩相当于级联了一个窄带滤波器,具备平顶和陡截止的矩形化滤波特性,有利于提高雷达抗压制式宽带干扰的能力。

基于频率选择表面的雷达天线隐身应用研究

降低雷达天线的RCS而又保证雷达自身正常工作已成为目标隐身技术中的一个关键课题。介绍了由十字型振子单元构成的带阻式频率选择表面(FSS)的选频特性,探讨了FSS在低RCS抛物面天线和低RCS卡塞格伦天线中的工程应用,分析了应用于主、副反射面天线的隐身性能,最后得出2点结论,并指出在副反射面天线的工程应用中更容易实现。

频率选择表面在天线及微波技术中的应用

随着电磁波传播控制技术的快速发展,频率选择表面(FSS)凭借其独特的空间滤波特性正成为关注和研究的热点。目前,FSS已经在电磁领域获得了广泛应用。文中首先阐述了FSS的发展现状,然后论述了FSS在天线及微波技术领域中的应用,最后对FSS的发展前景进行了展望。

紧凑型频率选择表面在单极子天线阵解耦中的应用研究

通过在方形金属贴片上构造大量缝隙和环,改进设计了一种小型化频率选择表面结构,其电尺寸极小,仅为0.063λ0×0.063λ0(λ0是天线在自由空间工作波长)。采用CST软件对这种结构的频率响应特性进行了系统的分析和讨论,其具有良好的阻带特性以及角度和极化稳定性。基于该频率选择表面的频率选择特性设计了一款二元单极子天线阵,通过在天线间加载频率选择表面,有效地抑制了天线间的空间波耦合,使天线间互耦下降了9.7 d B,并且天线增益提高、方向性变好。因此,该频率选择表面在设计高性能天线阵方面具有广阔的应用前景。

复合超材料频率选择表面天线罩结构设计与成形工艺分析

本文就天线罩高频透波、低频宽带隐身的要求,结合其外形特点开展了结构设计和成形工艺分析。

频率选择表面在天线抗强电磁脉冲中的应用研究

根据天线抗强电磁脉冲毁伤的防护需求,分析了典型强电磁脉冲辐射特性,设计了一种安装于天线前端用于衰减强电磁脉冲的频率选择表面,提高了天线抑制工作频带外强电磁脉冲毁伤的能力,并通过仿真试验验证了频率选择表面对天线抗强电磁脉冲的可行性,为天线的强电磁脉冲防护技术研究提供参考。

双频频率选择表面及其在微带天线宽带RCS减缩中的应用

该文设计了一种风车形双频带阻型频率选择表面(FSS),并将其加载到双频微带天线地板,实现宽带雷达散射截面(RCS)减缩。风车形FSS每一角都由两个相差90°的半方环组成,通过电偶极子谐振和风车FSS高次模谐振实现双频阻带。仿真和实测结果表明,将该FSS单元加载到双频微带天线地板后,在5.20 GHz处,天线E面、H面前向增益基本保持不变;在10.41 GHz处,天线E面、H面前向增益提高了1.8 dBi;同时,天线单站RCS在1.0~16.8 GHz宽带内减缩效果明显,其中x极化波下最大缩减量达到28.3 dB,y极化波下最大减缩量达到36.2 dB。

有限频率选择表面电磁散射特性的分析方法

针对有限频率选择表面的电磁散射特性难以用一般方法进行分析的难题 ,提出了两种行之有效的适合不同情况的高效处理方法 :谱域伽略金法和基于平面波谱 (PWS)分解逼近的方法 ,大大节约了CPU的计算时间和内存空间。

基于电阻型频率选择表面的超宽带紧耦合相控阵天线

由于需要克服阵列单元之间的互耦效应和阵列栅瓣效应,传统的相控阵天线在尺寸上受到不同程度的限制,从而导致相控阵的带宽难以进一步拓宽。紧耦合相控阵天线基于单元间的耦合效应进行设计的,其通过合理利用阵列单元之间的耦合,能够有效减小天线单元的物理尺寸,进而拓宽了阵列带宽和阵列扫描角域;同时,将其与电阻型频率选择表面相结合,能够消除由反射板在对应频点因反相叠加而产生的驻波峰值,带宽能够得到进一步的展宽。从仿真结果中可以看出,文中所设计的天线单元在驻波比小于3时工作频段能够覆盖0.5~5GHz。

有限大曲面频率选择表面的建模

为了有效运用时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)等数值算法来分析有限大曲面频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)的散射特性,提出了一种FSS的三维建模方法,包括圆柱表面、圆锥表面以及球表面的不同FSS单元的建模。首先阐述了在曲面上进行FSS建模的思路,其次给出了双方环FSS在圆柱表面的网格剖分图,矩形贴片FSS阵列在圆锥表面的建模结果以及十字形FSS在球表面的建模结果。这些建模结果对于采用FDTD、MRTD等算法进行有关FSS的RCS减缩实例的电磁分析具有重要意义。

基于改进的体面积分方程区域分解方法高效求解有限大频率选择表面结构的电磁散射特性

针对复杂的有限大频率选择表面(frequency selective surface, FSS)结构阐述了一种改进的非重叠和非共型的体面积分方程区域分解方法(volume-surface integral equation domain decomposition method, VSIE-DDM).为了对其进行高效的电磁分析,我们在最近发展的VSIE-DDM的基础上开发了不同的分区方式,每个子区域不必相同大小,可以任意形状,使该VSIE-DDM分区更加灵活.并且由于FSS的精细单元和薄介质基底,导致网格比较稠密,因此得到维度比较大的矩阵.为了更高效计算更大维度的子区自耦合矩阵的逆,使用了内外迭代技术使得该方法可以采用电尺寸更大的子区,获得更好的收敛性,进一步提高了仿真效率.通过几个数值算例验证了本文所提算法的计算性能.