一种用于宽带RCS减缩的电磁超表面

本文提出了一种用于宽带雷达散射截面减缩的电磁超表面。该电磁超表面一面印制有周期性的金属贴片,另一面为金属面。由于每个金属贴片均会影响反射电磁波的相位,不规则尺寸排列的金属贴片会引起不规则反射相位的反射波,反射能量将在空间分散,这样对比金属平板实现了在 9.5GHz~13.5GHz 频率范围内 2~10dB 的 RCS 减缩。     

一种采用吸波透波超表面的天线RCS宽带减缩新方法

设计了一款具有吸波/透波双重特性的超表面,并将其用于微带天线的覆层,实现天线雷达散射截面(radar cross section, RCS)的宽带减缩. 将传统的结构性吸波材料金属单元用氮化钽材料置换,提升了吸波带宽. 同时,将吸波材料与频率选择表面相结合,实现了覆层对于不同来波方向的电磁波分别呈现吸波/透波两种截然不同的电磁特性. 将覆层置于天线上方,当天线工作时,天线辐射的电磁波可以完美穿过覆层,因此对于天线的辐射特性不会造成影响. 当雷达波照射至天线时,覆层所呈现的宽带吸波特性可最大程度降低天线的RCS. 仿真结果表明:使用本文所设计的吸波/透波超表面作为天线覆层时,天线的辐射特性几乎未发生变化;而天线的单站RCS最大减缩量可达20 dB以上,减缩带宽可达5～19 GHz;同时,天线的单、双站RCS在较宽的角度范围内也得到明显的缩减.     

基于准分形频率选择表面的天线RCS减缩

提出一种新型的基于准分形结构的带阻频率选择表面(FSS),并将其作为印刷振子天线的反射板来实现天线雷达散射截面(RCS)的减缩.该FSS将传统六边环形单元的直边以分形的规则进行弯折,以提高空间利用率、减小单元面积.实验表明,所给的PSS表现出良好的带阻特性和斜入射稳定性.将其用做天线反射板,能保证带内辐射性能基本不变而实现带外正向及多个斜角度入射时天线的RCS减缩.     

基于极化转换超表面的低RCS对称振子天线设计

本文基于极化转换超表面加载技术提出了一种具有宽带雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)减缩特性的对称振子天线。用极化转换超表面代替传统对称振子天线的金属反射板， 在不影响天线辐射性能的前提下，实现了天线的带外 RCS 减缩。以对称振子天线为例进行了仿真研究，当电磁波分别以 x 极化和 y 极化方式垂直入射时，相对于传统对称振子天线，加载极化转换超表面的天线可在 5~18GHz 频段内实现不同程度地单站 RCS 减缩，其中 5dB 以上单站 RCS 减缩带宽分别为 6.3~14.5GHz 和 5.9~14GHz。仿真结果表明加载极化转换超表面的天线在保证辐射性能基本不变的情况下，可以实现良好的带外 RCS 减缩性能。     

双频HIS的设计及其在微带天线RCS减缩中的应用

设计了一种新型双频高阻抗表面(HIS)结构,并将其应用在双频微带天线的带内雷达散射截面(RCS)减缩中.通过在蘑菇状EBG结构的表面贴片开槽实现两个同相反射相位带隙,将该HIS结构加载在双频微带天线周围.仿真和实测结果表明,当天线周围加载HIS结构后,天线辐射性能基本不变,同时带内RCS分别获得5.5dB和6.5dB的减缩.     

基于超材料的双频微带天线RCS减缩研究

针对双频微带天线的带内雷达散射截面减缩问题,提出了一种加载型微带天线。通过在贴片周围加载吸波超材料,天线的带内雷达散射截面得到有效减缩。该超材料吸波体仅由两层金属及其中间的有耗介质组成,底面金属不刻蚀,顶面由双环方形贴片组成。仿真结果表明:当天线周围加载吸波材料后,在保持天线辐射性能基本不变的情况下,双频带的雷达散射截面分别获得8.0d B和5.5d B的减缩。     

基于EBG结构吸波材料在螺旋天线阵中的应用

研究了基于EBG结构的超薄吸波材料在螺旋天线阵RCS缩减中的应用。通过采取在EBG贴片之间加载集总电阻的方式实现吸波材料,并将螺旋天线阵金属底面用EBG吸波材料代替,以期实现了天线阵工作频带内RCS减缩的目标。实验结果表明,在EBGRAM的吸收频段内该吸波材料能有效缩减螺旋天线阵的RCS,同时保持天线单元辐射性能,仅前向增益有所下降。     

多区域GRECO虚拟屏幕算法分析电大尺寸目标RCS

传统图形电磁计算(GRECO)方法所能计算的目标尺寸依赖于计算机屏幕的分辨率,因此无法计算电尺寸特别大的目标.为解决这一矛盾,采用了多区域方法,即通过将目标在屏幕上的成像分成多个部分分别显示以达到更细致地显示目标的要求.然而多区域方法无法识别各个区域结合部分的面元,因此提出了虚拟屏幕法,有效解决了这个问题.最后,通过数值算例验证了多区域GRECO虚拟屏幕法的有效性和准确性.     

一种双宽带雷达散射截面减缩的超表面设计方法

超表面由于其灵活的电磁波调控能力而受到广泛关注,基于其在雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩设计中受限于工作频带单一、设计通用性低的问题,文中提出一种新型的叠层型超表面设计方法,来灵活实现双宽带的RCS减缩. 首先设计了工作在两个频带且具有极化旋转特性的超表面结构及低通频率选择表面(frequency selective surface, FSS),并将其与两个极化旋转超表面相集成,形成了具有双频带极化旋转特性的超表面结构;然后基于极化相消原理,将该阵列进行旋转排布,形成2×2的阵列结构,以实现在6.6～12.7 GHz和27.8～38.1 GHz两个频带内?10 dB的RCS减缩. 对所设计的超表面结构进行实物加工,实测结果与仿真结果对比吻合良好,从而验证了双带RCS减缩的良好特性.     

一种超宽带雷达散射截面减缩的超表面设计

提出一种具有超宽带雷达散射截面(RCS)减缩特性的超表面(MS)。该MS结构由聚四氟乙烯(Polytef)介质层、空气层和金属地板组成,同时在Polytef介质层的两侧刻蚀金属图案。为了拓展RCS,减缩带宽,设计两种几何结构相似但是工作在不同频段的宽带双频单元,两种单元的有效相位差区域得到极大拓展。采用经典的棋盘方式进行布阵,实现了超宽频带的RCS减缩。仿真和实验结果表明,与等尺寸金属平板相比,该MS在3.0～20.0 GHz的频带范围,后向RCS均有减缩,其中在5.3～17.7 GHz(107.8%)的范围,后向RCS减缩基本都在10 dB以上,证实了MS的超宽带RCS减缩特性。     

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。     

基于宽带极化转换超表面的天线RCS缩减

针对天线隐身问题,设计了一款宽带极化转换超表面加载的缝隙阵列天线。超表面采用渐变L型枝节的设计方法,其极化转换比大于0.9的工作带宽为79.2%。为缩减一款2×2的H形缝隙阵列天线的雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS),将超表面结构加载到该天线上方。对阵列天线及超表面天线分别进行了仿真和测试,超表面天线的辐射特性保持良好,同时其RCS对于垂直入射方向上的x和y极化波分别在13.4～30.5 GHz和13.1～30.7 GHz得到10.0 dB的缩减。     

基于PIN二极管加载的机载相控阵天线RCS缩减

现代飞机未来要实现射频隐身性能的最大化,就要求机载雷达的开机时间越来越短,这就为机载雷达不开机期间,相控阵天线的低RCS 隐身设计提供了可能。在天线非工作时段,加载PIN 二极管有效地减小了微带天线的RCS。PIN 二极管在正向偏置和反向偏置状态下可分别等效为电阻和电容。针对不同入射状态的平面波,依据天线感应电场分布确定PIN二极管的偏置状态,并对正向偏置状态的PIN二极管的等效电阻值进行优化,实现天线RCS的缩减。仿真计算结果表明,在天线非工作时段,优化PIN二极管的工作状态,可以实现当前情况(入射方向、频率)下天线RCS 的缩减,且RCS缩减最大可超过25 dBsm;同时又可保证天线在工作时段的辐射性能不受影响。     

具有超宽带RCS减缩特性的天线设计

该文设计了两种人工磁导体(AMC)单元,在8～20 GHz的超宽频带内,两种AMC结构能够实现180°±37° 的反射相位差,将这两种单元组成棋盘结构时,能够实现入射电磁波的散射场相消,从而在超宽的频带内实现棋盘表面法向雷达散射截面(RCS)的显著减缩。同时,利用超表面天线的概念,设计馈电网络,将设计的AMC结构用做天线,仿真发现在9.08～10.30 GHz的范围内,天线的S₁₁小于–10 dB,可以实现天线的有效辐射。实测结果和仿真吻合较好,因此该文的棋盘结构可以实现具有RCS减缩特性的天线设计。

     

基于电调超表面及柱面反射面的相控阵天线设计

提出了一种基于电调可重构超表面的低成本相控阵天线。该天线结构由天线底部的抛物线反射面馈电网络、上层的波导缝隙阵列及在波导中加载的电调超表面3部分组成,通过抛物线反射面将馈源在天线下层平板波导中产生的柱面波转换为平面波并用来激励天线上层的波导缝隙阵列。为了实现低成本的波束扫描,在每条独立的波导缝隙天线前端加载了具有360°相位调制能力的电调超表面。通过改变变容二极管上的偏置电压的大小可改变超表面的透射相位,实现连续的波束扫描能力。该天线可实现±30°的连续波束扫描,最大副瓣电平值为-13 dB,增益变化为-2 dB。该天线的低成本、高效率的波束扫描特性使其非常适合应用在一些低成本的雷达及通信系统中。     

X波段柔性编码超表面设计与RCS缩减研究

设计了一种柔性非定向低散射2 bit编码超表面。将4 种具有不同反射相位的基本单元随机排列构成整个相位梯度超表面,其对入射电磁波形成无规则散射,实现RCS 缩减特性。实验结果表明:在频点8.40 GHz处,编码超表面的垂直入射反射率为-13.5 dB,偏离法线-30°-30°范围RCS平均缩减为10.0 dB。进一步的研究结果表明,编码超表面弯曲在直径为7 cm 的圆柱面上,RCS平均缩减可达7.8 dB。该超表面可实现曲面的RCS有效缩减。该柔性编码超表面在天线、电磁隐身等领域具有潜在的应用价值。     

喇叭天线的散射及其减缩

研究了喇叭天线的散射，根据不同入射波照射情况分析了喇叭天线的散射，并根据喇叭天线的散射机理提出了减缩的途径，通过计算得出的结果和理论分析达到了一致。     

基于PIN 二极管的微带天线RCS 缩减

本文通过PIN 二极管加载方案实现了矩形微带天线在低RCS 状态和最佳辐射状态之间的转换。提出了一种简单 的加载电路,在每一加载位置处,电路加载于贴片和接地板之间。根据辐射贴片下感应电场的幅度分布,提取出最大感 应电场出现的区域和随频率变化是最大场强出现的次数,确定二极管加载位置。在分析过程中,PIN 二极管采用正偏电 阻反偏电容等效模型。研究表明,天线不工作时在较大的角向空域内可以实现明显的RCS 缩减,而天线工作时辐射性能 保持良好。     

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 dB减缩带宽为5.3~7.0 GHz,最大减缩量达31 dB,Y极化波下3 dB减缩带宽为5.8~6.9 GHz。