雷达隐身技术是现代战争中隐蔽和突防的重要技术手段,而雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)又是雷达隐身技术的关键参数。如何更有效地降低目标的雷达散射截面,增强隐身性能,以及如何更准确地探测具有低雷达散射截面的目标,增强反隐身手段,都涉及到对目标时域和频域散射特性的研究。本文旨在研究周期性结构的频域和时域散射特性,通过对周期性结构时、频域散射特性的分析,揭示周期性结构的散射机理,探索利用结构的周期性缩减雷达散射截面、以及利用结构不同部分的时域响应探测低散射周期性目标的方法。本文工作为提高目标的隐身性能以及为隐身目标的探测提供了新的思路。本文的主要工作和创新点如下:1.通过对高斯脉冲调制正弦波入射到周期性频率选择表面后产生的时域散射波形进行分析,发现了低散射周期性结构的电磁溅射现象,即其散射波形在开始时有较大幅度、经过一段时间稳定后幅度才变得很小的现象。采用等效电路分析方法对反射和透射电流进行了分析,从电路角度揭示了这种结构产生时域溅射现象的机理:即缝隙阵列等效电路中的电容和电感在散射开始时产生不均衡散射,从而造成总散射出现较大的峰值,如果等效电容增加,其时域溅射现象更显著。为了验证本文工作,对不同尺寸、相同频率的缝隙阵列的时域溅射特性进行了实际测量,测量结果与理论分析结果一致性较好。2.对带电磁带隙的微带天线和覆盖电磁带隙的棋盘型人工电磁表面的散射特性进行了研究,揭示了其带内的低RCS特性主要是由来自电磁带隙和来自目标自身的散射在后向相抵消形成的。在此基础上,通过对高斯脉冲调制正弦波入射到低RCS目标后产生的时域散射波形进行分析,发现了低散射周期性结构的电磁溅射现象,探讨了电磁溅射现象的形成机理,并进行了实验验证。利用这种溅射现象,有可能探索出一种探测低RCS目标的时域新方法。3.提出了利用各向异性结构不同方向上折射率不同的特性来设计低散射人工电磁表面的方法,并进行了实验验证。这种表面利用了由不同旋转角度金属贴片构成的阵列产生的等效各向异性介电常数,使得在这个表面上传播的表面波可以沿着设定的方向传播,从而可以使其向着和背离表面边缘传播,避免激发边缘奇异电流,减小边缘的散射。实验结果与理论设计相吻合。4.为了实现不同极化波入射下的低RCS,提出了极化无关梯度折射率表面的概念,并采用圆环形贴片设计实现了准极化无关的梯度折射率表面。同时,基于广义折射率原理,还设计了方形贴片和耶路撒冷贴片等2种不同类型的梯度折射率表面,并对其散射特性进行了深入研究。结果表明,环形贴片梯度折射率表面能将不同极化的入射波转化为表面波,耶路撒冷贴片梯度折射率表面能在较宽频带内减低后向RCS。5.利用编码的思想和环形贴片及耶路撒冷贴片单元的反射相位分布情况,设计了适用于不同极化波入射时的低RCS超材料表面,和在较宽频带上实现低RCS的超材料表面。这些表面可将入射波散射到多个方向,打散散射能量,从而减小后向RCS。6.提出了低散射宽带人工电磁表面的设计方法,该方法先从数学上推导了能用于表示人工电磁材料表面电场分布的近似公式,再通过优化调整公式中的各参数,使散射满足预先的设计要求。然后根据确定的公式参数推算出能够实现宽角度散射时所需的表面电场的相位分布条件,最后通过相位分布反推出对应位置处的单元结构,从而实现电磁表面的设计。