低rcs微帶陣列天線.研究

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1、第一章引言1．1研究背景及意義雷達是迄今為止最有效的遠程電子探測設備，它根據(jù)目標對雷達波的散射能量來判斷目標的存在并確定目標的位置。雷達的工作頻段覆蓋了3MHz．300GHz的頻率范圍，但絕大多數(shù)雷達工作在微波波段，特別是X波段(8GHz．12GHz)和Ku波段(12GHz．18GHz)，它們是機載雷達最主要的工作頻段?，F(xiàn)代雷達技術對各種軍用飛機、導彈、艦艇和坦克等目標構成了致命的威脅，成為當前最有效的遠程探測手段。目標隱身技術是通過減小軍事目標對雷達的有效散射截面(radarcrosssection,RCS)的方法，實現(xiàn)降低雷達作用的目的。隱身技術作為提高武器系統(tǒng)生存、突防

2、，尤其是縱深打擊能力的有效手段，己經成為集陸、海、空、天、電、磁六維一體的立體化現(xiàn)代戰(zhàn)爭中最重要、最有效的突防戰(zhàn)術技術手段，并受到世界各國的高度重視。降低雷達散射截面主要包括外形隱身技術和吸波材料技術等。其中外形隱身技術是指采用某些非常規(guī)的外形設計來降低RCS，吸波材料技術是指采用雷達波吸收材料對雷達波進行吸收衰減。但是，采用外形隱身技術會對飛行器的氣動特性和機動特性方面帶來問題，采用雷達吸波材料，又會增加重量、體積，帶來表面維護等問題。所以，減少雷達散射截面也是在一個各種相互矛盾的要求之間達到的一個折衷。而天線跟普通的物體又不一樣，天線是一個電磁場輻射體，在降低其RCS的同

3、時，還得保證天線的輻射特性，這也是一對矛盾體，需要一個折衷的方案。由于以上特征，對于天線RCS的縮減，不能采用上述外形隱身技術和吸波材料技術兩種方法。但是對于天線所產生的雷達散射截面，又不可忽略不計，這是因為在各種武器或飛行器中，由雷達罩，雷達天線和雷達艙構成的雷達天線系統(tǒng)是不可或缺的，它會在某些方向產生很強的RCS貢獻。其中，又由于微帶貼片天線具有重量輕、低成本、低剖面、易于共形和制造，易于和有源電路集成為統(tǒng)一組件等優(yōu)點，被廣泛地應用于空天飛行器中。所以本文主要研究要在保持天線的輻射特性的前提下，降低微帶陣列天線的RCS。電子科技大學碩士學位論文1．2雷達散射截面基礎當物體

4、被電磁波照射時，能量將朝各個方向散射，散射場與入射場之和就構成空間的總場【l】。從射線的觀點來看，散射場包括了因介質波阻抗突變而在物體表面上產生的反射，以及由于邊緣、尖頂?shù)任矬w表面不連續(xù)性引起的繞射等。從感應電流的觀點來看，散射場來自于物體表面上感應電磁流和電磁荷的二次輻射。散射能量的空間分布稱為散射方向圖，它取決于物體的形狀、大小和結構，以及入射波的頻率、極化等。產生電磁散射的物體通常稱為目標或散射體。當輻射源和接收機位于同一點時，如同大多數(shù)雷達工作時那樣，稱為單站散射，如圖1-1所示。當散射方向不是指向輻射源時，稱為雙站散射，目標對輻射源和接收機方向之夾角稱為雙站角，，。

5、因此，前向散射是y=1800的情況，而單站散射(有稱為后向或反向散射)對應于y=00。在許多散射測量中，常使用相距不遠的分離發(fā)射天線和接收天線，嚴格地說這是一種雙站散射，但是由于雙站角很小，測量的結果與真正的單站情形并無差別，故有時稱為“準’’單站散射。／1廠／單站懶]p蝴圖1-1單站和雙站散射定量表征目標散射強弱的物理量稱為目標對入射雷達波的有效散射截面，通常簡稱為目標的雷達散射截面或雷達截面(RadarCrossSection)，縮寫為RCS。它是目標的一種假想的面積，其來源也許是天線研究和設計的結果。因為接收天線通常被認為是一個“有效接收面積’’的口徑，該口徑從通過的電

6、磁波中截獲能量，而出現(xiàn)在接收天線終端的接收功率則等于入射波功率密度乘以暴露在這個功率密度中的天線有效面積。同樣，雷達目標反射或者散射的能量也可以表示為一個有效面積與入射雷達波功率密度的乘積，這個面積就是雷達散射截面，用符號仃來2第一章引言表示。對單站和雙站散射，分別稱為單站(或后向)雷達截面和雙站雷達截面。通常雷達發(fā)射天線和接收天線離目標很遠，即到目標的距離遠大于目標的任何有意義的尺寸，因此入射到目標處的雷達波可認為是平面波，而目標則基本上是點散射體。如果我們假定該點散射體各向同性地散射能量，那么因為散射場依賴于目標相對于入射和散射方向的姿態(tài)，所以假想點散射體的散射強度和雷達

7、截面都隨目標的姿態(tài)角而變化，即雷達截面不是一個常數(shù)，而是與角度密切相關的一種目標特性。雷達截面的定義是基于平面波照射下目標各向同性散射的概念。入射平面波的能量密度是w=1，’Ew‘=專阱E‘(1-1)●^^7‘。。O式中E‘和日‘分別是入射電場和磁場的強度，Zo=√風／島是自由空間的波阻抗。因此雷達截面為盯的目標所截獲的總功率為P=仃w=瓦1仃蝌(1-2)度為嵋=上4，rR2=器(?1-3)嵋2—2茹另一方面，散射功率密度又可用散射場E來表示：驢，1．7-E512(1-4)驢‰‘I由式(1．3)和式(1