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涂层物质中的电磁脉冲特性与雷达截面减缩

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2002年第5期26卷 571-574页

作者：许昌如武汉理工大学航运学院武汉430062

讨论在被探测目标表面涂敷雷达波吸收材料时 ,电磁脉冲在损耗媒质中的传播与雷达散射截面减缩的问题 .首先研究电波在两层损耗媒质中电磁波的反射和透射 ,通过对复反射系数的研究 ,得到了一些有价值的结果 .然后再研究电磁波在 3层乃至... 详细信息

讨论在被探测目标表面涂敷雷达波吸收材料时 ,电磁脉冲在损耗媒质中的传播与雷达散射截面减缩的问题 .首先研究电波在两层损耗媒质中电磁波的反射和透射 ,通过对复反射系数的研究 ,得到了一些有价值的结果 .然后再研究电磁波在 3层乃至更多层损耗媒质中的反射和透射 ,得出了有用的表达式 ,它便于雷达散射截面的计算。

关键词：涂层物质电磁脉冲特性雷达截面减缩雷达吸波材料隐身技术

应用于雷达截面减缩的高性能极化转换表面设计研究

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应用于雷达截面减缩的高性能极化转换表面设计研究

作者：赵行健西安电子科技大学

学位级别：硕士

雷达是一种最常见的探测手段。在探测过程中,雷达发射的电磁波若遇到障碍物会被反射。雷达对外界的探测就是通过接收并处理反射电磁波中的信息完成的。雷达截面(RCS)表征目标在雷达所发射电磁波照射下产生回波能力的强弱,是衡量隐身特... 详细信息

雷达是一种最常见的探测手段。在探测过程中,雷达发射的电磁波若遇到障碍物会被反射。雷达对外界的探测就是通过接收并处理反射电磁波中的信息完成的。雷达截面(RCS)表征目标在雷达所发射电磁波照射下产生回波能力的强弱,是衡量隐身特性的重要指标。在隐身设计的平台中,以飞行器为例,进气道、座舱和天线是对整个系统RCS贡献最大的三个散射源。天线需要保证其辐射性能,所以传统减缩RCS的方法很难应用在天线RCS的减缩方面。天线加载电磁超表面是一种常见的实现RCS减缩的手段。不同的电磁超表面可以针对性地改变电磁波的某种属性,基于不同的原理实现RCS减缩。极化转换表面(PCM)可以实现电磁波在不同极化间的转换,并可以通过合理的设计与天线进行结合,达到既不损害天线的辐射性能还能实现天线RCS减缩的效果。本文解释了极化转换表面如何实现电磁波的极化转换以及如何实现RCS减缩的工作机理,着重关注了高性能极化转换表面的设计,并且提出了几种基于高性能极化转换表面实现低RCS特性的天线设计方法。本文的工作主要包括以下几个方面:1.提出了一种基于宽带极化转化表面的低RCS微带天线设计方法。极化转换表面实现天线RCS减缩的效果与自身的性能有着直接的关系,为了实现天线在宽频带范围内的减缩效果,本文首先设计了一款超宽带的极化转换表面,该极化转换表面在6.1-29.5GHz之间具有90%以上的极化转换率,具有131%的相对带宽。然后将超宽带极化转换表面与天线进行结合,所设计天线的增益为7.7d Bi,与参考天线相比提高了0.5d B,并且在6-30GHz的频段内具有12.6d B的平均RCS减缩量。2.提出了一种可重构的低RCS圆极化天线阵列的设计方法。所设计的天线单元通过控制PIN二极管通断的方式实现天线单元在辐射状态和极化转换状态之间的切换。首先基于特征模理论对天线单元进行分析,分别关注在探针激励和平面波激励两种情况下的特征电流分布和特征电流所对应的模式加权系数的幅度与相位,说明在有源和无源两种状态下所设计天线的工作原理。设计顺序旋转馈电网络对棋盘式排布的天线阵列进行馈电。最终得到一款可以在辐射圆极化电磁波和低散射状态之间进行切换的可重构低RCS圆极化天线阵列。在辐射状态下,天线阵列在7.8-11.8GHz频带范围内匹配良好,具有40.8%的阻抗带宽,在9.5-10.8GHz频段范围内最大辐射方向上轴比小于3d B,具有12.8%的轴比带宽。天线阵列在10GHz时最大辐射方向上具有19.7d Bic的右旋圆极化增益;在散射状态下,天线阵列在8.6-13.2GHz之间具有11.1d B的平均RCS减缩量,减缩带宽为42.2%。3.提出了一种外加天线覆层的宽带低RCS天线阵列设计方法。在上述可重构低RCS天线上方设计覆层。首先设计了一款极化转换表面单元,当此极化转换表面单元下方具备金属地板时,在4.4-16.9GHz之间具备良好的极化转换特性,相对带宽为117%。当只有上层介质基板而没有金属地板时,极化转换表面在8-11.6GHz频带范围内共极化反射系数小于-10d B并且在7.8-12GHz频带范围内共极化透射系数大于-3d B,具有良好的频率选择特性。其次设计了一款谐振频率为10GHz的带通型频率选择表面,替换所设计极化转换表面的金属地板,保证覆层在工作频率处的透波性能,得到了一款“转-透-转”型的极化转换表面。最终将所设计的极化转换表面进行棋盘式排布组成天线覆层并加载到可重构低RCS天线上方,仿真结果表明,当所设计的天线覆层加载到可重构低RCS天线上方时,基本不会损害原天线阵列的辐射性能并且能为天线阵列引入带外的RCS减缩频带。

关键词：雷达截面减缩极化转换表面特征模天线阵列

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微带天线雷达散射截面减缩的研究

微带天线雷达散射截面减缩的研究

作者：朱新岳电子科技大学

学位级别：硕士

本文主要研究了微带天线单元的雷达散射截面（radar cross section, RCS）减缩和相关的优化设计方法,在保证天线的正常的辐射性能的基础上,实现了天线RCS在宽频带（2GHz-8GHz）、多角度下的减缩。作者的主要工作概况为： 1.对目前微... 详细信息

本文主要研究了微带天线单元的雷达散射截面（radar cross section, RCS）减缩和相关的优化设计方法,在保证天线的正常的辐射性能的基础上,实现了天线RCS在宽频带（2GHz-8GHz）、多角度下的减缩。作者的主要工作概况为： 1.对目前微带天线雷达截面减缩研究的现状做了较为全面的总结分析,并对这些方法和措施进行系统的分类。 2.分别设计了一副开槽的C型贴片微带天线、一副贴片和地板开槽天线和一副地板开槽和电阻加载相结合的U型槽微带天线,所设计的天线在一定程度上实现了天线RCS的减缩。 3.提出了一种优化设计低RCS天线的普适性很强的、高效的方案,即在开槽、缺陷地等技术的基础上,采用遗传算法（genetic algorithm, GA）优化设计低RCS天线。用Matlab编写优化程序,通过Vbscript语言控制HFSS仿真计算,数据和结构参数自动交换,优化和仿真交叉进行直到得到最优解结构模型。优化设计了两个低RCS天线,仿真和加工测试有力地验证了该方案的准确性和实用性。 4.为提高整体方案设计流程的效率,引入混合的遗传算法（hybrid genetic algorithm, HGA）用于天线的优化设计,即把禁忌搜索算法（tabu search, TS）中的禁忌列表（TS list）嵌入到GA,用禁忌列表描述个体特征信息,限制不良个体参与仿真计算的概率,通过有效地减少对HFSS的调用来提高效率。用此方案设计了两种新的天线结构,辐射性能和散射性能都达到了理想的结果,仿真和测试结果验证了算法的高效性和准确性。

关键词：雷达截面减缩微带贴片天线遗传算法禁忌列表 Vbscript

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人工磁导体正交布阵的宽带低雷达截面反射屏

物理学报 2013年第15期62卷 186-194页

作者：赵一曹祥玉高军姚旭马嘉俊李思佳杨欢欢空军工程大学信息与导航学院西安710077

基于互补开口谐振单环(complementary split ring resonator,CSRR)的电磁特性,设计了一种新型人工磁导体(artificial magnetic conductor,AMC)结构CSRR-AMC.通过与方形贴片人工磁导体的反射相位对比发现,该结构在X极化和Y极化波垂直照... 详细信息

基于互补开口谐振单环(complementary split ring resonator,CSRR)的电磁特性,设计了一种新型人工磁导体(artificial magnetic conductor,AMC)结构CSRR-AMC.通过与方形贴片人工磁导体的反射相位对比发现,该结构在X极化和Y极化波垂直照射条件下可分别实现小型化和多同相反射频带.基于此特性,设计了一种仅由单一CSRR-AMC结构组成的宽带低雷达截面反射屏.该设计将相邻CSRR-AMC单元正交化排布,通过优化单元结构实现宽带相位对消,降低后向散射能量.测试结果表明,样品在7.38—10.47GHz范围内后向RCS减缩量达到10dB以上,相对带宽达到34.6%,为宽带低反射屏设计提供了新的方法.

关键词：人工磁导体相位对消宽带雷达截面减缩

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利用高阻抗表面缩减天线雷达截面的新方法

西安电子科技大学学报 2012年第3期39卷 120-125页

作者：龚琦张帅龚书喜焦永昌路宝西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室陕西西安710071

针对现有雷达截面(RCS)减缩技术会导致天线辐射性能退化,体积、重量和成本增加,减缩性能受安装精度影响而不稳定的缺点,提出了一种缩减天线RCS的新方法.将高阻抗表面(HIS)与天线制作于介质板的同一表面,使HIS的同相反射相位带隙的频率... 详细信息

针对现有雷达截面(RCS)减缩技术会导致天线辐射性能退化,体积、重量和成本增加,减缩性能受安装精度影响而不稳定的缺点,提出了一种缩减天线RCS的新方法.将高阻抗表面(HIS)与天线制作于介质板的同一表面,使HIS的同相反射相位带隙的频率与天线工作频率重合,通过高阻抗表面与天线的散射场的对消来减小天线的雷达散射截面,从而实现对垂直照射的天线工作频带内的同极化威胁雷达波的隐身.实验结果表明:在天线工作频带内,其RCS得到了5.3dB以上的减缩,同时,带外RCS亦得到了有效的抑制,S11的-10dB并未展宽,天线间的互耦得到了有效抑制.

关键词：高阻抗表面微带天线散射雷达截面减缩

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反射面天线带内雷达散射截面

电波科学学报 1996年第2期11卷 18-21页

作者：冯林邓书辉阮颖铮电子科技大学

天线的雷达散射截面是由结构散射项和模式散射项两个部份组成。在天线工作频率上，虽然模式散射项可以通过调整馈源匹配使其很小，但是宽频带的匹配实现起来并不容易。所以单单通过馈源匹配来降低天线的雷达散射截面所获得的带宽较窄，... 详细信息

天线的雷达散射截面是由结构散射项和模式散射项两个部份组成。在天线工作频率上，虽然模式散射项可以通过调整馈源匹配使其很小，但是宽频带的匹配实现起来并不容易。所以单单通过馈源匹配来降低天线的雷达散射截面所获得的带宽较窄，而且不能解决正交极化的ＲＣＳ问题。本文分析了反射面天线带内的雷达散射截面，并就几种ＲＣＳ减缩措施进行了讨论。

关键词：天线电磁散射雷达散射截面雷达截面减缩

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宽带宽角散射抑制电磁结构研究

宽带宽角散射抑制电磁结构研究

作者：曹旭西安电子科技大学

学位级别：硕士

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,... 详细信息

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。

关键词：雷达截面减缩宽带宽角域磁性材料吸波体相位对消

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基于透明材料的电磁波极化旋转表面设计

基于透明材料的电磁波极化旋转表面设计

作者：何玉莲贵州大学

学位级别：硕士

极化是电磁波的重要特征,描述了自由空间中电磁波的电场矢量在传播过程中随时间变化产生的轨迹。近年来,最新研究的极化调控器件主要采用超表面来实现微波、太赫兹等频段的极化调控。超表面可视为超材料的二维对应,它是一种亚波长的人... 详细信息

极化是电磁波的重要特征,描述了自由空间中电磁波的电场矢量在传播过程中随时间变化产生的轨迹。近年来,最新研究的极化调控器件主要采用超表面来实现微波、太赫兹等频段的极化调控。超表面可视为超材料的二维对应,它是一种亚波长的人工电磁结构,具有低剖面、损耗低、易加工、易集成等特性,超表面为实现更加高效、小型化的极化调控器件开辟了新的技术途径。由于传统不透明金属极化旋转超表面(Polarization Conversion Metasurfaces,PCM)在应用中存在一定的限制,现有的透明极化超表面存在窄带、转换效率不高等问题,在此研究背景下,以电磁波的极化调控为研究重点,基于电磁波在各向异性超表面中的传播理论,设计出在微波频段具有极化调控性能的透明极化调控器件。本文的主要内容:1.设计了一款双频段透明极化超表面,能够分别应用于微波的X波段与Ku波段,所设计的结构在7.1-10.7GHz和14.9-18.3GHz频带范围内实现线极化-交叉极化波的调控,具备频段选择、结构简单、低剖面的特点。2.设计了一款宽带透明极化调控超表面,该结构在10.9-20.5GHz宽频段范围内极化转换效率(Polarization conversion ratio,PCR)高于90%,中心频率处的对应波长仅为0.065λ,具有小型化、高效、高透光率的特点。对所设计的超表面进行加工与实验测试,仿真与实测结果一致。3.设计了一款透明微带天线,将PCM棋盘式排布加载到微带天线上结合设计实现雷达截面减缩(Radar cross-section,RCS)。参考天线采用相同材质的透明有损金属材料,剖面高度保持一致。实验证明,低RCS天线辐射性能基本不会受到影响,还能在10.9-20.5GHz频带内实现超过10d B的平均单站RCS有效减缩,解决了电磁超表面难以兼顾天线辐射和散射性能的问题。本文围绕建模设计与仿真、优化参数、极化调控性能以及相关调控理论等方面对所设计的透明极化旋转表面进行分析与验证,实验结果表明设计的基于氧化烟锡(ITO)的新型透明反射型超表面具有高效、小型化、高透光率的特性。

关键词：超表面透明材料极化调控多频宽带雷达截面减缩

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Vivaldi天线RCS减缩方法研究

Vivaldi天线RCS减缩方法研究

作者：赵楚梦西安电子科技大学

学位级别：硕士

现如今,雷达探测技术飞速发展,作战系统受到的威胁越来越大。为了降低作战系统被雷达探测到的可能性,需对其进行隐身设计,即降低雷达截面(Radar Cross Section,RCS)。Vivaldi天线具有高增益、宽带等优异的性能,被广泛应用于飞行器头部... 详细信息

现如今,雷达探测技术飞速发展,作战系统受到的威胁越来越大。为了降低作战系统被雷达探测到的可能性,需对其进行隐身设计,即降低雷达截面(Radar Cross Section,RCS)。Vivaldi天线具有高增益、宽带等优异的性能,被广泛应用于飞行器头部位置的机载火控雷达,但同时它也是飞行器的重要散射源,所以对Vivaldi天线进行RCS减缩设计具有重要意义。本文在尽可能减小对Vivaldi天线辐射特性的负面影响的前提下,通过修形及无源对消技术实现了 Vivaldi天线单元及阵列的RCS减缩。本文的主要内容如下:1.本文设计了一种基于修形技术的低RCS Vivaldi天线。首先对Vivaldi天线辐射电流与散射电流分布进行分析,对辐射电流分布较小、散射电流分布较大的介质基板部分进行切割实现了 8-11.5 GHz频段内RCS减缩。在此基础上,为使RCS减缩频段覆盖X波段雷达工作频段,进一步在天线边缘加载电阻并在天线贴片上开矩形槽。电阻可损耗散射能量从而进一步减缩天线RCS;开矩形槽一方面可以减缩天线RCS,另一方面可以抑制Vivaldi天线边缘杂散电流,使电流更加聚集于指数渐变槽线附近从而提升天线增益。最终得到了一款具有良好辐射性能的低RCS Vivaldi天线,在y极化电磁波沿-z轴入射时,所设计的低RCS Vivaldi天线相比于参考天线在X波段内单站RCS得到了减缩,带内最大减缩量达17.8dB,平均减缩量为8.8 dB,且天线增益得到了提升,增益最大提升1.1 dB。2.本文设计了两款基于无源对消技术的低RCS Vivaldi阵列。首先,天线采用不同的馈电结构可得到不同的反射相位,此外在天线前端加载不同介电常数的介质可进一步调控天线的反射相位,基于此设计了两种具有不同馈电结构且在天线前端加载不同介电常数介质的Vivaldi天线单元,两种天线单元在6.4-11.8 GHz频段内具有一定的反射相位差与较为相似的反射幅度,将其组阵得到了一款宽带低RCS Vivaldi阵列,RCS减缩带宽为6.4-12.4 GHz,且Vivaldi阵列具有良好的辐射特性。此外,在天线前端加载不同长度的金属条带也可调控反射相位,基于此设计了两种具有不同馈电结构且在天线前端加载不同长度金属条带的Vivaldi天线单元,两种单元在5.1-11.9 GHz频段内反射相位差介于143°与217°之间,将其组阵得到了一款宽带低RCS Vivaldi阵列,RCS减缩带宽为4.8-12.6 GHz,且Vivaldi阵列具有良好的辐射特性。3.本文综合修形及无源对消技术设计了一款低RCS Vivaldi阵列。首先使用功分器分别对两种不同馈电结构及加载不同长度金属条带的天线单元进行馈电形成两种子阵,这两种不同的子阵在5.2-11 GHz频段内具有一定的反射相位差以及较为一致的反射幅度。进一步将两种不同的子阵组阵使反射波对消,基本可在5.2-11.4GHz频段内实现阵列的单站RCS减缩。为了使RCS减缩频段覆盖X波段雷达工作频段,进一步对阵列进行修形设计,对辐射电流较小且散射电流较大的部分进行切割,最终所设计的Vivaldi天线阵列在5.2-12 GHz频段内具有低RCS特性,相对带宽为79%,且Vivaldi天线阵列具有良好的辐射性能。

关键词： Vivaldi天线雷达截面减缩修形无源对消