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(dá)是迄今為止最有效的遠(yuǎn)程電子探測(cè)設(shè)備，它根據(jù)目標(biāo)對(duì)雷達(dá)波的散射能量來判斷目標(biāo)的存在并確定目標(biāo)的位置。雷達(dá)的工作頻段覆蓋了3MHz．300GHz的頻率范圍，但絕大多數(shù)雷達(dá)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(jī)載雷達(dá)最主要的工作頻段?，F(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)對(duì)各種軍用飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇和坦克等目標(biāo)構(gòu)成了致命的威脅，成為當(dāng)前最有效的遠(yuǎn)程探測(cè)手段。目標(biāo)隱身技術(shù)是通過減小軍事目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的有效散射截面(radarcrosssection,RCS)的方法，實(shí)現(xiàn)降低雷達(dá)作用的目的。隱身技術(shù)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(jīng)成為集陸、海、空、天、電、磁六維一體的立體化現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中最重要、最有效的突防戰(zhàn)術(shù)技術(shù)手段，并受到世界各國(guó)的高度重視。降低雷達(dá)散射截面主要包括外形隱身技術(shù)和吸波材料技術(shù)等。其中外形隱身技術(shù)是指采用某些非常規(guī)的外形設(shè)計(jì)來降低RCS，吸波材料技術(shù)是指采用雷達(dá)波吸收材料對(duì)雷達(dá)波進(jìn)行吸收衰減。但是，采用外形隱身技術(shù)會(huì)對(duì)飛行器的氣動(dòng)特性和機(jī)動(dòng)特性方面帶來問題，采用雷達(dá)吸波材料，又會(huì)增加重量、體積，帶來表面維護(hù)等問題。所以，減少雷達(dá)散射截面也是在一個(gè)各種相互矛盾的要求之間達(dá)到的一個(gè)折衷。而天線跟普通的物體又不一樣，天線是一個(gè)電磁場(chǎng)輻射體，在降低其RCS的同

3、時(shí)，還得保證天線的輻射特性，這也是一對(duì)矛盾體，需要一個(gè)折衷的方案。由于以上特征，對(duì)于天線RCS的縮減，不能采用上述外形隱身技術(shù)和吸波材料技術(shù)兩種方法。但是對(duì)于天線所產(chǎn)生的雷達(dá)散射截面，又不可忽略不計(jì)，這是因?yàn)樵诟鞣N武器或飛行器中，由雷達(dá)罩，雷達(dá)天線和雷達(dá)艙構(gòu)成的雷達(dá)天線系統(tǒng)是不可或缺的，它會(huì)在某些方向產(chǎn)生很強(qiáng)的RCS貢獻(xiàn)。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(diǎn)，被廣泛地應(yīng)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(xué)碩士學(xué)位論文1．2雷達(dá)散射截面基礎(chǔ)當(dāng)物體

4、被電磁波照射時(shí)，能量將朝各個(gè)方向散射，散射場(chǎng)與入射場(chǎng)之和就構(gòu)成空間的總場(chǎng)【l】。從射線的觀點(diǎn)來看，散射場(chǎng)包括了因介質(zhì)波阻抗突變而在物體表面上產(chǎn)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(yīng)電流的觀點(diǎn)來看，散射場(chǎng)來自于物體表面上感應(yīng)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(jié)構(gòu)，以及入射波的頻率、極化等。產(chǎn)生電磁散射的物體通常稱為目標(biāo)或散射體。當(dāng)輻射源和接收機(jī)位于同一點(diǎn)時(shí)，如同大多數(shù)雷達(dá)工作時(shí)那樣，稱為單站散射，如圖1-1所示。當(dāng)散射方向不是指向輻射源時(shí)，稱為雙站散射，目標(biāo)對(duì)輻射源和接收機(jī)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(duì)應(yīng)于y=00。在許多散射測(cè)量中，常使用相距不遠(yuǎn)的分離發(fā)射天線和接收天線，嚴(yán)格地說這是一種雙站散射，但是由于雙站角很小，測(cè)量的結(jié)果與真正的單站情形并無差別，故有時(shí)稱為“準(zhǔn)’’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(biāo)散射強(qiáng)弱的物理量稱為目標(biāo)對(duì)入射雷達(dá)波的有效散射截面，通常簡(jiǎn)稱為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面或雷達(dá)截面(RadarCrossSection)，縮寫為RCS。它是目標(biāo)的一種假想的面積，其來源也許是天線研究和設(shè)計(jì)的結(jié)果。因?yàn)榻邮仗炀€通常被認(rèn)為是一個(gè)“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(gè)功率密度中的天線有效面積。同樣，雷達(dá)目標(biāo)反射或者散射的能量也可以表示為一個(gè)有效面積與入射雷達(dá)波功率密度的乘積，這個(gè)面積就是雷達(dá)散射截面，用符號(hào)仃來2第一章引言表示。對(duì)單站和雙站散射，分別稱為單站(或后向)雷達(dá)截面和雙站雷達(dá)截面。通常雷達(dá)發(fā)射天線和接收天線離目標(biāo)很遠(yuǎn)，即到目標(biāo)的距離遠(yuǎn)大于目標(biāo)的任何有意義的尺寸，因此入射到目標(biāo)處的雷達(dá)波可認(rèn)為是平面波，而目標(biāo)則基本上是點(diǎn)散射體。如果我們假定該點(diǎn)散射體各向同性地散射能量，那么因?yàn)樯⑸鋱?chǎng)依賴于目標(biāo)相對(duì)于入射和散射方向的姿態(tài)，所以假想點(diǎn)散射體的散射強(qiáng)度和雷達(dá)

7、截面都隨目標(biāo)的姿態(tài)角而變化，即雷達(dá)截面不是一個(gè)常數(shù)，而是與角度密切相關(guān)的一種目標(biāo)特性。雷達(dá)截面的定義是基于平面波照射下目標(biāo)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(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度，Zo=√風(fēng)／島是自由空間的波阻抗。因此雷達(dá)截面為盯的目標(biāo)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(chǎng)E來表示：驢，1．7-E512(1-4)驢‰‘I由式(1．3)和式(1