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低散射圆极化阵列天线的研究与设计

低散射圆极化阵列天线的研究与设计

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作者：王思文西安电子科技大学

学位级别：硕士

新型雷达作为监测、预警、侦察、探测、跟踪、锁定和攻击目标最有效的武器,在信息战和电子战中起到至关重要的作用。与雷达技术相对抗的就是武器装备的雷达散射截面缩减技术,提高武器装备的隐身性能能够使武器装备躲过雷达的侦测,提高... 详细信息

新型雷达作为监测、预警、侦察、探测、跟踪、锁定和攻击目标最有效的武器,在信息战和电子战中起到至关重要的作用。与雷达技术相对抗的就是武器装备的雷达散射截面缩减技术,提高武器装备的隐身性能能够使武器装备躲过雷达的侦测,提高战场作战能力和战场突围能力。天线是一种兼具收发信号功能的特殊散射体,收发信号的功能使其必须具备高增益的特性,这种特性使天线成为武器装备散射的重要来源,因此对天线进行低散射研究十分必要。其中针对天线工作频带内的散射减缩由于容易对天线辐射性能产生影响一直是当前低散射天线设计的重难点,而目前对带内散射减缩的研究大多针对线极化天线,且以交叉极化来波散射减缩为主,圆极化天线由于需要兼顾回波损耗和轴比两个参数进行带内同极化散射减缩的难度更大,但由于圆极化天线多应用于军事卫星通信中军事应用价值也很高,对其进行低散射研究也很有必要,因此如何用最简便的方法对圆极化天线带内同极化来波进行散射减缩成为了我们的目标。本文创新性的提出设计散射辐射独立调控的两种圆极化天线单元通过棋盘式排布进行散射对消,又通过加载寄生结构利用三单元对消理论实现垂直方向的来波相消,使雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)在带内任意方向线极化来波下均降低,最高可实现10d B以上的散射减缩。该方法剖面低,尺寸小,口径效率高,相比传统低散射天线设计方法优势明显。最后为了实现宽带散射减缩我们进一步设计了一款吸波型频率选择表面作为天线罩,降低带外散射。具体研究内容如下:1、设计了一款针对单线极化来波进行低散射设计的圆极化阵列天线。利用等效电路分析通过加载特定长度短路枝节不改变电路谐振特性,使天线辐射特性不变。接着通过对辐射电场和表面电流的分析加载电阻和电感改变天线散射特性。将两种散射辐射独立调控的天线单元以1:1的阵面比例组成4×4棋盘式阵列,通过相位对消使来波打向非威胁方向降低单站RCS。实测结果与仿真结果相符,带内辐射增益损失0.38d B,实测带内散射值相比传统4×4微带阵列天线降低12.94d B,天线在保持尺寸大小不变的情况下实现了x极化来波下良好的散射减缩效果。2、以上一章节为基础,对两个垂直方向的线极化来波进行低散射天线设计。将双单元散射对消的理论公式进一步推导为三单元对消通用公式,通过在阵列天线上加载寄生结构的方式使其与天线辐射单元分别在x轴和y轴利用三单元对消和双单元对消方法进行散射减缩,使天线在任意方向来波下均具有低散射特性,在尺寸大小不变的前提下实现圆极化天线带内散射减缩。天线实测增益18.51d Bic,与参考天线相比损耗不超过0.86d B,实测散射相比参考天线在两种极化来波下减缩值均超过10d B。3、上文已实现带内散射减缩,为进一步扩大散射减缩带宽,本章我们提出一种工作频带内透波带外吸波的吸波型频率选择表面置于天线上方,在不影响天线正常辐射的前提下通过吸收带外来波能量减少带外散射,与带内散射减缩一起实现宽带散射减缩。

关键词：圆极化微带天线散射辐射独立可调单元设计宽带散射减缩低剖面三单元对消

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