宽带宽角散射抑制电磁结构研究

作     者：曹旭 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：洪涛

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：雷达截面减缩 宽带 宽角域 磁性材料 吸波体 相位对消 

摘      要：随着雷达探测技术和精确制导系统的快速发展,隐身性能已成为飞行器、舰船、战车等军事装备生存与突防的关键。为应对现代战争中多频谱、多方位和多层次雷达探测网对武器装备造成的严重威胁,掌握战场主动权,需要研究和发展雷达隐身技术,实现目标的低可探测性,提升其战场生存能力。雷达截面(Radar Cross Section,RCS)是衡量目标雷达隐身性能的关键技术指标,目标表面加载散射抑制电磁结构可显著降低目标的RCS,因此,对于宽频带宽角域散射抑制电磁结构的研究具有重要的理论意义和军事价值。本文的主要研究工作包括以下几个方面: 1、为解决现有散射抑制电磁结构带宽不足及抑制效果有限的难题,基于传统磁性材料和超材料融合的散射抑制方法,设计了一种宽带宽角电磁吸波体。首先,通过两层平板型磁性材料相堆叠的方式在低频处获得两个强吸收峰。然后,通过将结构构造为具有亚波长尺寸特性的周期结构,实现了宽频带强吸收效果。其次,级联加载电阻的交叉偶极子进一步增加了吸波体的吸波强度,吸波率大于95%和90%的频带范围分别为1.87～17.54 GHz和1.69～18 GHz。当TE极化波以50°斜入射和TM极化波以75°斜入射时,该吸波体仍能在宽频带保持大于80%的吸波率。最后,将吸波体组成吸波阵列实现了良好的散射抑制特性。 2、针对目标在大角度雷达探测波下因散射栅瓣的出现而引起单站隐身技术失效的问题,基于单元间距控制的散射栅瓣抑制方法、传统磁性材料和电路模拟吸波体融合的散射抑制方法,设计了一种宽带斜入射栅瓣抑制电磁吸波体。首先,通过对大角度斜入射时,由无方向散射阵元组成的周期阵列散射方向图的分析,明确了小间距单元设计在散射栅瓣抑制方面的优势。然后,通过单层周期性磁性材料和电阻膜结构级联的方式设计了小间距电磁吸波体,其在3.07～18 GHz内吸波率大于90%。当TE极化波以50°斜入射和TM极化波以80°斜入射时,该吸波体仍能在宽频带内保持大于90%的吸波率。最后,将小间距吸波单元组成吸波阵列进行散射特性分析,由于在吸波单元设计时严格控制单元间距以抑制散射栅瓣现象,该吸波阵列具有大角度散射抑制效果。 3、为满足更宽的工作频带和更低的雷达截面的兼容性需求,基于吸收机制和相位对消机制融合的散射抑制方法,设计了一种幅相同调强散射抑制电磁结构。首先,通过对吸波-对消RCS减缩机理的研究,揭示了低散射有耗棋盘阵列中子阵的幅度相位分布特性。然后,利用磁性材料和加载电阻的弯折交叉偶极子构造了单元1和单元2,由其组成的棋盘阵列在宽频带具备强散射抑制特性。最后,为进一步调控子阵的幅相信息以实现更强的散射抑制效果,在单元2表面刻蚀加载电阻的终端弯折交叉偶极子构成单元3,由其与单元1组成的棋盘阵列单站RCS减缩大于10 dB和20 dB的频带分别为3.61～14.72 GHz和4.77～13.09 GHz,且对于45°斜入射的TE和TM极化波依旧在宽频带范围内维持着大于9.4 dB的镜像RCS减缩效果。