發(fā)布時間：2020-11-07 15:46

　　 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,軍事設(shè)備的隱身性能是衡量武器裝備性能的重要指標之一。在復雜的電磁環(huán)境中,優(yōu)越的隱身性能可以使己方設(shè)備的存活率得到有效提升,從而充分保證己方戰(zhàn)斗力。雷達天線作為飛機、導彈和艦艇等常規(guī)作戰(zhàn)武器的“眼睛”,是發(fā)送和接收信息的重要設(shè)備,其輻射特性需要滿足作戰(zhàn)要求,同時,在敵方雷達的偵察下,它也是整個武器雷達截面(Radar Cross Section,RCS)最主要的貢獻源,因此對其散射特性也有著很高的要求。正是在這樣的應用需求下,本文對天線在工作狀態(tài)時,如何在不影響正常輻射性能,甚至提升天線輻射性能的條件下,實現(xiàn)帶內(nèi)和帶外的RCS減縮的方法進行研究。本文的工作主要包括以下幾個方面:第一,研究了人工磁導體表面(Artificial Magnetic Conductor,AMC)在微帶天線RCS減縮中的應用。AMC包含了三種不同的人工磁導體單元,通過將三個單元兩兩對應周期排布在六邊形結(jié)構(gòu)中,然后沿六邊形結(jié)構(gòu)的每條邊向外進行周期延拓構(gòu)成。不同單元組成的陣列在不同的頻段有理想反射相位差,這樣各自產(chǎn)生的反射波便具有相等的幅度和180~°的相位差。根據(jù)相位相消的原理,主方向上的能量便被散射到其他方向。為了考察AMC對天線輻射性能的影響,將AMC加載在微帶天線介質(zhì)基板的上表面,并與未加載AMC的參考天線相比較。最終,仿真和實測結(jié)果均表明,加載AMC對天線的阻抗匹配特性和輻射特性影響甚微。對比兩者的散射特性可以得到,在x極化和y極化入射電磁波的垂直照射下,設(shè)計天線在寬帶內(nèi)得到了良好的RCS減縮效果,覆蓋了微帶天線工作頻段的帶內(nèi)和帶外。第二,研究了極化轉(zhuǎn)換表面在低剖面高增益偶極子天線的應用。將極化轉(zhuǎn)換單元周期性排布組成6×6的陣列結(jié)構(gòu),作為偶極子天線的反射板。由于極化轉(zhuǎn)換表面反射波90~°相位旋轉(zhuǎn)的特性,避免了當PEC作為反射板時λ/4的厚度要求,使得天線剖面得到降低。同時,靠近偶極子天線單元的超表面結(jié)構(gòu)表面的感應電流增大了天線口徑,使得天線增益得到提高。第三,研究了極化轉(zhuǎn)換表面在實現(xiàn)輻射波極化轉(zhuǎn)換的應用。通過將極化轉(zhuǎn)換表面用作偶極子天線反射板,利用天線輻射波和反射波具有幅度相等,相位相差90~°的特點,兩者疊加形成圓極化波。也就是說,極化轉(zhuǎn)換表面的加載實現(xiàn)了偶極子天線單元輻射波從線極化到圓極化的轉(zhuǎn)換。第四,研究了極化轉(zhuǎn)換表面在陣列天線寬帶內(nèi)RCS減縮的應用。將極化轉(zhuǎn)換單元陣列和其鏡像單元陣列棋盤型分布在同一平面中,作為偶極子陣列天線的反射板,并與未加載超表面的參考天線進行對比。最終仿真和測試結(jié)果表明,參考天線和設(shè)計天線的阻抗匹配特性和輻射方向圖都基本一致。對比兩者的散射特性可以得到,設(shè)計天線在包含陣列天線工作頻段的寬頻段內(nèi)RCS減縮效果良好。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：O441;E92
【部分圖文】：

（b）一單元旋轉(zhuǎn)組成的 AMC 結(jié)構(gòu)[3]圖1.1 不同結(jié)構(gòu)的人工磁導體表面但是，由于 AMC 結(jié)構(gòu)本身的同相反射帶寬有限，這便限制了 RCS 減縮帶寬。為了拓展帶寬，文獻[2]采用同一單元不同尺寸排布的方法，孫厚軍等人設(shè)計了兩個大小不等的十字架結(jié)構(gòu)，對其進行棋盤式分布，在 12GHz-24GHz（相對帶寬達到 67%）實現(xiàn)了 5dB 以上的 RCS 減縮。文獻[3]采用了同一單元不同朝向分布的方法，高軍等人便利用開口環(huán)的不同朝向進行周期分布，在 7.15GHz-10.05GHz（相對帶寬為 17%）范圍內(nèi)使得 RCS 減小了 10dB。文獻[4]采用了兩種不同單元分布的方法

（b）四頻段結(jié)構(gòu)型吸波體[12]圖1.2 不同形式吸波結(jié)構(gòu)單元為了實現(xiàn)吸波材料的低剖面、寬頻帶或多頻帶等特性，學者們進行了大量的研究。文獻[10]提出了基于頻率選擇表面和電阻元件加載的吸波結(jié)構(gòu)，分別設(shè)計了頻帶覆蓋2.2GHz-9.4GHz 和 4.5GHz-17GHz 的吸波材料。文獻[12]提出了一種結(jié)構(gòu)型吸波表面，將單元旋轉(zhuǎn)排布組成吸波表面，在 5.76GHz、6.64GHz、10.8GHz 以及 12.8GHz 四個頻段實現(xiàn)了 90%以上的吸波率（AbsorbingRate，AR）。但是，在實際的應用中，現(xiàn)有吸波材料仍然存在頻帶不夠?qū)�，吸波率不高的問題。1.2.3 頻率選擇表面頻率選擇表面（FrequencySelectedSurface

（b）魚骨形極化轉(zhuǎn)換單元[17]圖1.3 不同結(jié)構(gòu)的極化轉(zhuǎn)換單元2010 年，Keum Cheol Hwang 等人提出一種彎折線型的極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，在 14.7GHz-18.0GHz（相對帶寬為 20%）的頻帶內(nèi)實現(xiàn)了 90%以上的極化轉(zhuǎn)換[15]。崔鐵軍教授等人通過一對 V 型結(jié)構(gòu)的極化轉(zhuǎn)換單元，在 77%的相對帶寬內(nèi)實現(xiàn)了 90%以上的極化轉(zhuǎn)換率[16]。劉英教授課題組將仿生學應用在單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，得到了一種類似魚骨形的極化轉(zhuǎn)換單元，在 104%的相對帶寬內(nèi)實現(xiàn)了 50%以上的極化轉(zhuǎn)換率[17]。另外，該課題組還設(shè)計了一種在介質(zhì)基板上加兩個金屬通孔的結(jié)構(gòu)，得到了一種高效的極化轉(zhuǎn)換表面
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本文編號：2874151