開槽減縮微帶天線與陣列rcs分析

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1、2開槽減縮微帶天線及陣列RCS研究2空域隱身利用斜射式行波天線陣可以將雷達(dá)天線的最大輻射方向保持在飛行器鼻錐方向，而其結(jié)構(gòu)模式項(xiàng)散射的峰值可移到飛行器鼻錐區(qū)域以外，其模式項(xiàng)可通過良好的匹配技術(shù)來減小。行波陣列的形式可采用波導(dǎo)裂縫陣或微帶天線陣，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是天線設(shè)計(jì)簡單，隱身效果顯著：缺點(diǎn)是鼻錐區(qū)域以外不能隱身。3帶外隱身和正交極化隱身當(dāng)敵我雙方雷達(dá)處于不同工作頻段時，可利用頻率選擇表面(FSS)來實(shí)現(xiàn)對帶外威脅雷達(dá)的隱身，即在我方雷達(dá)工作頻帶內(nèi)具有良好的透波性能，不影響天線收發(fā)正常工作，而對該頻帶以外的雷達(dá)波有較強(qiáng)的反射作用；同樣，當(dāng)敵我雙方處于不同

2、的極化方式時，可選擇極化選擇表面(PSS)來實(shí)現(xiàn)隱身，另外，如果將FSS和PSS巧妙的結(jié)合在一起，就可以同時實(shí)現(xiàn)帶外隱身和正交極化隱身的雙重效果。這種天線隱身途徑的特點(diǎn)是不需要增加或改動結(jié)構(gòu)，只需用FSS或PSS替代原有的天線罩，因此特別適用于改善現(xiàn)有的或正在研制的雷達(dá)天線隱身性能。它的缺點(diǎn)是對同極化同頻率的威脅雷達(dá)波無能為力。4帶內(nèi)同極化隱身在天線工作頻帶內(nèi)對相同極化的威脅雷達(dá)波要實(shí)現(xiàn)隱身特性，這是一件極其困難的任務(wù)，此時雖然模式項(xiàng)散射會因?yàn)閹?nèi)的良好匹配而降低，但結(jié)構(gòu)模式項(xiàng)散射則會因?yàn)樘炀€的諧振而增大。由于結(jié)構(gòu)模式項(xiàng)與天線的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)，因此不同的

3、天線應(yīng)采取不同的隱身措施。以上幾種方式是從不同的角度來考慮天線隱身的，可以看出，帶內(nèi)同極化隱身是天線隱身技術(shù)的關(guān)鍵所在，也是最難實(shí)現(xiàn)的一種途徑，目前還處于研究探索階段。1．2本論文主要工作及內(nèi)容安排降低微帶天線的RCS通常是以損失天線的輻射性能(增益或帶寬)為代價的，由于天線首先是個輻射器，在采用RCS減縮措施之后如果不能有效輻射電磁波，或者天線帶寬太小，即使RCS減縮效果很好，這些方法也是不實(shí)用的，因此天線的增益損失和帶寬變化就成為目前衡量RCS減縮方案優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)。本文在閱讀消化有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，敘述了RCS的基本概念、RCS減縮的基本原理和基本方

4、法。在此基礎(chǔ)上，研究在保證天線輻射特性情況下微帶天線的RCS減縮途徑。本文從微帶天線的貼片開槽、接地板開槽、饋電方式等幾個方面對微帶天線RCS的減縮途徑進(jìn)行了有益的探索，并嘗試將各種減縮手段進(jìn)行綜合，所設(shè)計(jì)的微帶天線單元及陣列均具有較低的RCS，較好的解決了天線良好輻射性能與低第一章緒論RCS之間的矛盾。本論文安排如下：第一章簡要介紹了天線RCS減縮的背景、意義及現(xiàn)狀。第二章敘述了雷達(dá)截面的定義和基本特征，天線的散射機(jī)理等基本理論。第三章敘述了微帶天線的分析理論，對目前微帶天線RCS減縮技術(shù)進(jìn)行了概述。第四章微帶貼片天線單元及陣列的RCS分析與減縮。通過

5、微帶天線貼片開槽、貼片與接地板開槽相結(jié)合達(dá)到較好的RCS減縮效果，最后研究了饋電方式對微帶天線I犯S的影響。第五章對本文所做工作進(jìn)行了總結(jié)。第二章基本理論概述2．1雷達(dá)截面的定義當(dāng)物體被照射時，能量朝各個方向散射，散射場和入射場的總和就構(gòu)成空間的總場。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，如同大多數(shù)雷達(dá)工作時那樣，稱為單站散射。當(dāng)散射方向不是指向輻射源時，稱為雙站散射，目標(biāo)對輻射源和接收機(jī)方向之間的夾角稱為雙站角y。定量表征目標(biāo)散射

6、強(qiáng)弱的物理量稱為目標(biāo)對入射雷達(dá)波的有效散射截面面積，通常簡稱為目標(biāo)的雷達(dá)截面(RadarCrossSection)，它是目標(biāo)的一種假想面積。接收天線通常被認(rèn)為是一個“有效接收面積”的口徑，該口徑從通過的電磁波中截獲能量，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(dá)目標(biāo)反射或散射的能量也可表示為一個有效面積與入射雷達(dá)波功率密度的乘積，這個面積就是雷達(dá)截面，用符號仃來表示。對單站和雙站散射，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)任何有

7、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。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。入射平面波的功率密度是w一2扭∥l：芳’『億。，式中盂’和詹。分別是入射電場和磁場的強(qiáng)度，Zo=√盧。／‰=377f2是自由空間的波阻抗。因此雷達(dá)截面為仃的目標(biāo)所截獲的總功率為P=O-W=·專仃引2(2-2)如果目標(biāo)將這些功率各向同性地散射出去，則在距離為R的遠(yuǎn)處，其散射功室P。-『露個u2麗2麗I--I(2-3)另一方面，散射功率可用散射場來表示：6開槽減縮微帶天線及陣列RCS研究wJ2瓦1阱-(2-4)由式(2．3)和式(2．4)可解出一槲群任

8、s，因?yàn)槿肷洳ㄊ瞧矫娌?，且假定為點(diǎn)散射體，所以距離R應(yīng)趨于無窮大，因此應(yīng)將式(2