一种兼有高增益和宽带低散射特征的波导缝隙天线设计

设计了一种同时具备高增益和宽带低散射特征的波导缝隙天线.将蚀刻有互补开口谐振环的方形贴片人工磁导体正交布阵得到宽带低雷达截面积(RCS)反射屏并以之代替原天线的全金属反射板,通过优化反射屏的加载方式,在展宽天线工作频带、提高天线增益的同时,实现了宽频域范围内天线鼻锥方向RCS减缩.实测结果表明:加载低RCS反射屏的缝隙天线工作带宽增加了100 MHz,前向增益提高了3.2 dB,在5.52—6.63GHz范围内RCS减缩量达10 dB以上,减缩带宽达到20%.     

人工磁导体正交布阵的宽带低雷达截面反射屏

基于互补开口谐振单环 (complementary split ring resonator, CSRR) 的电磁特性, 设计了一种新型人工磁导体 (artificial magnetic conductor, AMC) 结构 CSRR-AMC. 通过与方形贴片人工磁导体的反射相位对比发现, 该结构在X极化和Y极化波垂直照射条件下可分别实现小型化和多同相反射频带. 基于此特性, 设计了一种仅由单一CSRR-AMC结构组成的宽带低雷达截面反射屏. 该设计将相邻CSRR-AMC单元正交化排布, 通过优化单元结构实现宽带相位对消, 降低后向散射能量. 测试结果表明, 样品在7.38–10.47 GHz 范围内后向RCS减缩量达到10 dB以上, 相对带宽达到34.6%, 为宽带低反射屏设计提供了新的方法. 关键词： 人工磁导体 相位对消 宽带 雷达截面减缩     

一种兼具宽带增益改善和宽带、宽角度低雷达散射截面的微带天线

设计并制备了一种兼具高增益和低雷达散射截面(radar cross section, RCS)的微带天线, 通过给原始微带天线加载双屏频率选择表面(frequency selective surface, FSS)覆层, 使其具有宽带的3 dB增益带宽和宽带、宽角度的低RCS特性. 该FSS单元的上层是四个开口处都焊有电阻的金属环结构, 下层是中间和四边都开缝的金属贴片结构. 上层加载的电阻主要用于吸收雷达入射波, 减缩天线RCS; 下层的贴片和天线地板构成Fabry-Perot谐振腔, 提高天线增益. 在5.75–11.37 GHz频带内, S₂₂<-10 dB, S₁₂<-10 dB; 在11.21–11.54 GHz频带内, S₁₁反射系数相位曲线斜率为正, 幅度模值均在0.86以上. 实验结果表明: 与原始天线相比, 在谐振频点11.73 GHz处, 天线增益提高3.4 dB, E, H面的半功率波束宽度分别减小16°和50°; 天线的3 dB增益带宽为10.00–12.40 GHz, 完全覆盖阻抗带宽. 在4.10–11.30 GHz 频带内, 天线法向RCS均有3 dB以上的减缩, 最大减缩23.08 dB; 4.95 GHz处的单站RCS在-20°–20°的角域、双站RCS 在-37°–37°的角域均有3 dB以上的减缩. 实验结果证实了该FSS覆层可用于同时改善天线的辐射和散射 性能. 关键词： 频率选择表面 低雷达散射截面 高增益 宽带     

幅相同调的吸波-对消雷达散射截面减缩超表面设计

更宽的工作频带和更低的雷达散射截面(radar cross section, RCS)一直是低可探测领域研究的热点,然而这两者往往难以兼顾.鉴于此,本文提出了一种幅相同调的吸波-对消RCS减缩超表面,通过在宽带范围内同时设计两个单元的反射相位和反射幅度,使目标RCS在空间域和能量域分别获得10 d B以上减缩,从而通过叠加获得20 d B以上的宽带RCS减缩.仿真和实验结果表明,在两种极化下,幅相同调的吸波-对消RCS减缩超表面可以在6.10—12.15 GHz频带范围内获得20 d B以上的RCS减缩效果,同时10 d B减缩带宽为4.3—14.2 GHz.所设计的超表面具有减缩幅度大、减缩频带宽、质量轻、单层结构、极化稳定性好、柔性易共形等优点,有望为低可探测材料研制以及低可探测装备性能提升提供新的技术途径.     

宽带雷达散射截面减缩人工磁导体复合结构

提出了宽带雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩人工磁导体复合结构, 通过将多个金属方片周期结构相复合, 进一步拓展了其工作带宽. 测试结果表明, 反射率小于-10 dB的频段为7.7—13.1 GHz, 相对带宽为51.9%. 通过全波仿真研究了其在不同频率的散射特性, 随着频率的增加, 在对角象限平分面上的反射峰逐渐向法线方向靠拢, 但其RCS较金属板的后向RCS仍减小-8 dB以上. 该人工磁导体复合结构具有工作带宽大、设计简单和加工容易等优点, 具有重要的应用前景.     

X波段高功率宽频带双螺旋反射阵列天线的设计

为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360°的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了15×15矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明:该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。     

一种编码式宽带多功能反射屏

提出了一种可控的宽带多功能反射屏.通过将射频微机电系统技术与反射屏设计相结合,首先设计了可编码式工作的单元,该单元具有工作频带宽、损耗小、控制简单的特点.由该单元基于不同编码矩阵构成的反射屏可以实现不同的功能.文中展示了多功能反射屏的极化旋转和捷变散射场性能.仿真结果表明:设计的反射屏在8.9—13.2 GHz频段范围内极化转化率高达90%以上,且在8.9—13.1 GHz频段范围内可实现10 d B以上的雷达散射截面减缩.实测结果与仿真结果基本一致.     

超薄宽带平面聚焦超表面及其在高增益天线中的应用

针对相位梯度超表面在灵活操控电磁波与提高天线增益中的潜在应用,提出一种新型的宽带超表面单元,实现了在较宽频带范围内操控电磁波波前与提高天线增益.本文首先设计了一种圆环十字形对称单元来控制反射波的相移量,单元厚度为1 mm,尺寸为0.3λ_0(λ_0=20 mm),工作频段15—18 GHz,而后验证了由该单元组成的相位梯度超表面在15—18 GHz范围内对电磁波的奇异反射与聚焦特性.最后将设计的反射聚焦超表面应用于提高天线增益中,仿真与测试结果均表明,天线最高增益在15—18 GHz内平均增加了11 d B且-1 dB增益带宽为15—18 GHz(相对带宽为18.2%).由于厚度薄、重量轻、频带宽,设计的该单元拓展了相位梯度超表面在微波领域的应用,有望为高增益天线的实现提供新的方法.     

一种新型的低散射微带天线阵设计

本文将电磁表面(electromagnetic surface, EMS)的设计思想引入到微带天线阵的设计中,在设计天线单元的同时,也将其作为EMS单元兼顾其反射特性.通过在矩形辐射贴片上开弧形缺口,得到一种新的单元结构,该单元可与原始EMS单元之间形成180°±30°有效相位差,且作为天线单元时与原始天线工作在相同谐振模式、相同频带.将两种单元以棋盘形式构成组合天线阵,在两个极化下分别基于相位对消原理和吸波原理实现了雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩.实测与仿真结果表明:相较于等大小的金属板,在x极化波照射下,天线阵在5.6—6.0 GHz实现了6 dB以上的RCS减缩,相对带宽为10.1%;在y极化波照射下,天线阵在5.0—7.2 GHz实现了6 dB以上的RCS减缩,相对带宽为24%.同时由于两种单元在辐射上具有较好的一致性,使得组合天线阵的辐射性能得以保持.该方法有效解决了天线阵辐射和散射难以兼顾的矛盾,为其他形式的低散射天线阵的设计提供了新的方法与思路.     

一种性能稳定的新型频率选择表面及其微带天线应用

设计了一种基于分形树结构的高性能频率选择表面(frequency selective surface,FSS),并将其作为微带天线的空间滤波器,同时改善天线的辐射与散射性能.该FSS单元是由两层金属及其中间介质组成,上、下层金属采用金属柱连结,整体构成树枝状分形结构.通过优化参数,得到了一种宽带、极化无关、宽入射角、小型化的超薄FSS,厚度只有约0.017λ.将该FSS应用于微带天线后,天线的相对带宽拓展到40%,工作频段内的增益得到改善,9.6 GHz时,天线的增益提高了6.7 dB,同时,天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)也得到了明显减缩,最大减缩为12.7 dB.实验结果与仿真结果符合得较好,证实了该空间滤波器具有提高宽带天线增益、增强天线定向性、改善天线带宽与降低天线带内RCS的效果,可以应用于宽带天线带内辐射与散射性能的同时改善.     

一种基于共享孔径Fabry-Perot谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线

设计了一种工作于X波段的基于共享孔径Fabry-Perot(F-P)谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线,并设计了三种不同尺寸的双层频率选择表面(FSS)单元,通过共享孔径布阵组成了超材料覆层.利用三种FSS单元的相位补偿特性,有效拓展了覆层天线的增益带宽.实测和仿真结果均表明,加载超材料覆层后,磁电偶极子天线在7.8—12.3 GHz内S_(11)-10 d B,相对带宽达到44.7%,覆盖整个X波段.天线增益在7.9—12.1 GHz内均有明显的提高,最大提高了7 d B.相较于传统的F-P谐振腔结构覆层天线,设计的基于共享孔径的F-P谐振型超材料覆层天线能够明显拓展天线增益带宽,在新型宽带高增益天线设计方面具有广阔的应用前景.     

Ultra-wideband RCS reduction using novel configured chessboard metasurface

A novel artificial magnetic conductor(AMC) metasurface is proposed with ultra-wideband 180?phase difference for radar cross section(RCS) reduction. It is composed of two dual-resonant AMC cells, which enable a broadband phase difference of 180?±30?from 7.9 GHz to 19.2 GHz to be achieved. A novel strategy is devised by dividing each rectangular grid in a chessboard configuration into four triangular grids, leading to a further reduction of peak bistatic RCS. Both fullwave simulation and measurement results show that the proposed metasurface presents a good RCS reduction property over an ultra-wideband frequency range.     

An ultra-wideband 2-bit coding metasurface using Pancharatnam—Berry phase for radar cross-section reduction

An ultra-wideband 2-bit coding metasurface is designed for radar cross-section (RCS) reduction. The design process is presented in detail, in which a polarization conversion metasurface (PCM) is first proposed. The proposed PCM can realize ultra-wideband circular polarization (CP) maintaining reflection. Moreover, Pancharatnam—Berry (PB) phase will be generated in the co-polarized reflection coefficient by rotating the metallic patches in its unit cells. Thus, based on the PCM, the four coding elements of a 2-bit coding metasurface are constructed using PB phase, and an ultra-wideband PB 2-bit coding metasurface is proposed according to an appropriate coding sequence. The simulated and experimental results show that the coding metasurface has obvious advantages of wideband and polarization-insensitivity. Compared to a metallic plate of the same size, it can achieve more than 10 dB RCS reduction in the frequency band from 9.8 GHz to 42.6 GHz with a relative bandwidth of 125.2% under normal incidence with arbitrary polarizations.     

A novel polarization converter based on the band-stop frequency selective surface

A dual-passband single-polarized converter based on the band-stop frequency selective surface(FSS)with a low radar cross-section(RCS)is designed in this article.The unit cell of the proposed converter is formed by a polarization layer attached to the band-stop frequency selective surface.The simulation results reveal that the co-polarization reflection coefficients below-10 d B are achieved in 3.82–13.64 GHz with a 112.4%fractional bandwidth(the ratio of the signal bandwidth to the central frequency).Meanwhile,a polarization conversion band is realized from 8.14 GHz to 9.27 GHz with a polarization conversion ratio which is over 80%.Moreover,the 1 d B transmission window is obtained in two nonadjacent bands of 3.42–7.02 GHz and 10.04–13.91 GHz corresponding to the relative bandwidths of 68.9%and 32.3%,respectively.Furthermore,the radar cross-section of the designed structure can be reduced in the wideband from 2.28 GHz to 14 GHz,and the 10 d B RCS reduction in the range of 4.10–13.35 GHz is achieved.In addition,the equivalent circuit model of this converter is established,and the simulation results of the Advanced Design System(ADS)match well with those of CST Microwave Studio(CST).The archetype of the designed converter is manufactured and measured.The experiment results match the simulation results well,which proves the reliability of the simulation results.     

基于高阻抗表面的多频带Salisbury屏设计

为进一步提高传统Salisbury屏的吸波性能, 本文提出了利用高阻抗表面在特定频率同相反射的特性, 替代原有结构中的金属平板设计多频带Salisbury屏的方法. 通过分析不同频率电磁波经高阻抗表面反射后空间电磁场的场强分布, 说明可以通过共用Salisbury屏的损耗层, 在高阻抗表面同相反射的特征频率附近引入新的吸收带. 以不同尺寸方形周期结构的单频和双频高阻抗表面为例, 从仿真和实验两个方面验证了多频带Salisbury屏设计的可行性, 且实验和仿真结果十分符合. 结果表明, 多频带Salisbury屏基本保留了原有的吸波性能, 同时又引入了新的吸收峰, 吸收峰的位置和数量与高阻抗表面同相反射的频带位置和数目有关. 与传统的Salisbury屏相比, 在材料增加厚度不足1 mm 的情况下, 多频带Salisbury屏的设计使反射率小于-10 dB的吸波带宽由8.5 GHz增加到10.1 GHz, 且实现了向长波方向的拓展, 最低频率由7.5 GHz拓展到5.98 GHz.