基于超表面的低散射天线研究

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现代科技的发展大幅度提高了电子技术在军事上的应用度,电子战和信息战成为现代军事对抗的重要手段,雷达探测技术大大提升了武器装备的战斗能力。而相对应的,雷达隐身技术能够增强武器装备的战场生存能力,提高对敌人的威胁性。雷达隐身技术的关键就是要缩减散射体的雷达散射截面(RCS,Radar cross section)。天线作为一种特殊的散射体,在保持其辐射性能的前提下,能够在宽频域,宽角域内降低它的RCS是增强军事设备隐身能力的关键。电磁超表面为天线的散射缩减提供了新的方法,其特殊的电磁特性能够有效地降低天线的散射,设计低散射天线。本文主要研究了电磁超表面在天线的雷达散射缩减上的应用,研究内容主要分为以下几个方面:1.基于电磁波极化转换理论,设计了一种宽频段内极化转换率较高的极化转换单元。选取两种尺寸不同的极化转换单元构造了一种6x6的双层极化转化超表面,能够在22.8 GHz-45.8 GHz的带宽内实现10d B以上的雷达散射截面缩减。双层极化转换超表面缩小了超表面表面积,拓展了散射缩减带宽。通过仿真和加工测试可验证,双层超表面加载到微带天线上可在保持微带天线既定辐射性能的前提下实现了天线的带内带外散射缩减。2.旋转极化转换单元的金属贴片获得8种不同的单元,利用它们在圆极化波入射时稳定的散射系数相位差,设计了两种相位梯度超表面,将散射波的主波束偏转,远离了威胁性较大的区域,降低了雷达散射截面,两种相位梯度超表面可在21.2GHz-44.6GHz的频段内实现10d B以上的雷达散射截面缩减。3.将8种旋转单元进行编码,通过二维电扫描阵数值计算方法和遗传算法优化设计了一种编码超表面。编码超表面在宽频域,宽角域内具有低散射特性,可在21.2GHz-46.5GHz频带内实现10d B以上的雷达散射截面缩减。将编码超表面替代微带八木天线的金属反射盘加载到微带天线上,在较宽的频带内实现雷达散射截面的缩减,且不会影响天线的辐射性能。
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