基于极化转换超表面的低RCS对称振子天线设计

本文基于极化转换超表面加载技术提出了一种具有宽带雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)减缩特性的对称振子天线。用极化转换超表面代替传统对称振子天线的金属反射板， 在不影响天线辐射性能的前提下，实现了天线的带外 RCS 减缩。以对称振子天线为例进行了仿真研究，当电磁波分别以 x 极化和 y 极化方式垂直入射时，相对于传统对称振子天线，加载极化转换超表面的天线可在 5~18GHz 频段内实现不同程度地单站 RCS 减缩，其中 5dB 以上单站 RCS 减缩带宽分别为 6.3~14.5GHz 和 5.9~14GHz。仿真结果表明加载极化转换超表面的天线在保证辐射性能基本不变的情况下，可以实现良好的带外 RCS 减缩性能。     

环形金属在微带天线雷达散射截面减缩的应用

提出了一种利用环形金属结构实现低雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)的微带贴片天线.该结构由几个金属同心环排布而成.对典型的微带天线, 通过在辐射贴片周围加载该环形结构, 天线可以实现明显的宽带RCS减缩效果.实验结果表明:与参考天线相比, 对于X极化垂直入射波以及Y极化垂直入射波在6~25 GHz范围内都有减缩效果, 天线在12.8 GHz时可以达到30 dB的减缩量, 同时天线的辐射特性得到保持.     

宽带低RCS超表面天线阵设计

该文利用电磁超表面与微带天线的结构高度相似性,设计了2种辐射特性几乎一致且具有反射相位差异的超表面天线,通过将2种天线单元进行棋盘布阵,在x极化波和y极化波照射下分别利用相位相消及匹配负载吸收实现了天线阵带内散射能量的抑制。实测与仿真结果表明:该超表面天线工作于6.0～8.5 GHz。x极化波垂直入射时天线单站RCS减缩6 dB带宽为6.2～10.5 GHz,最大减缩量达21.07 dB。y极化波垂直入射时天线的带内RCS减缩依然能达到3 dB以上。且实测与仿真结果吻合良好。该设计方法为实现天线阵带内RCS减缩提供了新的设计思路。     

基于宽带吸波体的低雷达散射截面平面印刷磁电偶极子天线设计

该文设计了一种工作于X波段的平面印刷磁电偶极子天线,并设计了一种加载集总电阻的宽入射角、极化不敏感、宽频带吸波体(WBMA)。当平面波垂直入射时,吸波体在7.2~12.6 GHz范围内的吸波率大于90%,入射角增加至45时仍能在X波段保持90％以上的吸波率。通过将WBMA加载在天线四周,实现了天线雷达散射截面(RCS)的大幅缩减。实测和仿真结果表明:不同极化波垂直入射时,天线单站RCS减缩3 dB带宽为6.6~14.4 GHz,最大减缩量达23.8 dB。中心频点10 GHz处,TE极化波照射时,双站RCS能实现90角域内的减缩,TM极化波照射时,在35角域内实现了减缩,同时天线辐射性能几乎保持不变。     

一种超薄吸波材料及其在缝隙天线中的应用

该文设计了一种超薄雷达吸波超材料,从等效电路和表面电流、电场分布分析了其吸波机理,并将其应用于波导缝隙天线的带内雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)减缩。该吸波材料仅由两层金属及中间的有耗介质板组成,厚度约为/175,最大吸波率达99.9%,且具有入射角和极化稳定吸波特性。将该吸波材料加载到波导缝隙天线上,实验结果表明:加载后的天线,回波损耗和增益几乎不变,在21~21角域,天线带内RCS减缩均在3 dB以上,法线方向RCS减缩最大超过17 dB。     

基于分形超材料吸波体的微带天线设计

基于十字分形结构,设计了一种小型化、超薄、高吸波率以及无表面损耗层的超材料吸波体。该吸波体是由两层金属及其中间的有耗介质组成,上层金属是由周期性蚀刻十字分形的贴片组成的电谐振器,下层金属不蚀刻,作为整个金属地板。通过优化结构参数,吸波体单元尺寸仅为0.13λ,厚度为0.0093λ,最大吸波率达99.6%。将此吸波体加载于普通微带天线上,制备了一种新型超材料天线。仿真和实验结果表明:相比普通微带天线,新天线在5.52~5.68 GHz工作频带内,法向RCS减缩都在3 dB以上,最大减缩量达13.5 dB,单站RCS在-18°~+18°角域减缩超过3 dB,且天线辐射性能保持不变,证实了该吸波体具有良好的吸波效果,可以应用于微带天线的带内隐身。     

基于组合梯度超表面的低RCS微带天线设计

针对微带天线的带内和带外雷达散射截面（radar cross section,RCS）减缩问题,提出了一种加载组合梯度超表面的低RCS天线设计方法,以解决传统RCS减缩技术存在的带宽受限和设计复杂问题.该方法将8个梯度方向间隔45°的梯度超单元依次排列在辐射贴片的周围,由于梯度超单元的奇异反射特性,散射场将会被重新分布至各个方向,表现出漫反射效果,从而实现单站和双站的RCS减缩.仿真和测试结果表明:加载组合梯度超表面前后微带天线的RCS在7.2~18.4 GHz减缩了5 dB以上,且微带天线原有的辐射特性基本保持不变.该设计方法具有设计简单、超宽带工作的特点.     

基于相位梯度表面的缝隙阵列天线宽带RCS减缩

提出了一种基于耶路撒冷十字单元的相位梯度表面, 并将该表面加载到缝隙阵列天线表面.通过利用该表面将空间波(propagating wave, PW)转化为表面波(surface wave, SW)及奇异反射特性, 天线可以在很宽的频带内实现显著的雷达散射截面(radar cross section reduction, RCS)减缩.与参考天线相比, 设计天线在TE和TM两种极化波垂直和斜入射状态下均在6~18 GHz频带范围内实现了单站RCS减缩, 并且在9.5 GHz处的最大减缩量达到20 dB.与传统的天线RCS减缩技术相比, 该方法可以在保证天线原本辐射性能的基础上同时实现天线带内和带外的RCS减缩.     

基于宽带极化转换超表面的天线RCS缩减

针对天线隐身问题,设计了一款宽带极化转换超表面加载的缝隙阵列天线。超表面采用渐变L型枝节的设计方法,其极化转换比大于0.9的工作带宽为79.2%。为缩减一款2×2的H形缝隙阵列天线的雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS),将超表面结构加载到该天线上方。对阵列天线及超表面天线分别进行了仿真和测试,超表面天线的辐射特性保持良好,同时其RCS对于垂直入射方向上的x和y极化波分别在13.4～30.5 GHz和13.1～30.7 GHz得到10.0 dB的缩减。     

基于超材料的低RCS微带天线设计

近年来，电磁超材料因具有灵活调控电磁波的能力而被广泛应用在天线雷达散射截面（Radar Cross section,RCS）减缩设计中。实现天线RCS值减缩设计的难点是在不影响天线自身辐射特性的条件下，有效拓展天线RCS值减缩带宽。为此，基于超材料的完美吸波电磁特性，通过多个方环形结构以及加载多个电阻实现宽频带设计，设计一个超宽频带单层超材料吸波单元，将其应用在天线低RCS值设计中，设计一款适用于无人机通信频段的低RCS微带天线。通过仿真测试对设计天线和参考天线进行对比，结果表明，设计的天线在保证自身辐射特性不变的情况下，能够在6.5～18 GHz频带内实现大于10 dB的减缩效果，为该领域的研究提供了一种新方法。     

一种双宽带雷达散射截面减缩的超表面设计方法

超表面由于其灵活的电磁波调控能力而受到广泛关注,基于其在雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩设计中受限于工作频带单一、设计通用性低的问题,文中提出一种新型的叠层型超表面设计方法,来灵活实现双宽带的RCS减缩. 首先设计了工作在两个频带且具有极化旋转特性的超表面结构及低通频率选择表面(frequency selective surface, FSS),并将其与两个极化旋转超表面相集成,形成了具有双频带极化旋转特性的超表面结构;然后基于极化相消原理,将该阵列进行旋转排布,形成2×2的阵列结构,以实现在6.6～12.7 GHz和27.8～38.1 GHz两个频带内?10 dB的RCS减缩. 对所设计的超表面结构进行实物加工,实测结果与仿真结果对比吻合良好,从而验证了双带RCS减缩的良好特性.     

具有超宽带RCS减缩特性的天线设计

该文设计了两种人工磁导体(AMC)单元,在8～20 GHz的超宽频带内,两种AMC结构能够实现180°±37° 的反射相位差,将这两种单元组成棋盘结构时,能够实现入射电磁波的散射场相消,从而在超宽的频带内实现棋盘表面法向雷达散射截面(RCS)的显著减缩。同时,利用超表面天线的概念,设计馈电网络,将设计的AMC结构用做天线,仿真发现在9.08～10.30 GHz的范围内,天线的S₁₁小于–10 dB,可以实现天线的有效辐射。实测结果和仿真吻合较好,因此该文的棋盘结构可以实现具有RCS减缩特性的天线设计。     

一种宽带宽波束圆极化微带天线的设计

文设计了一款宽带宽波束圆极化微带天线。 天线采用堆叠的双层圆贴片结构,结合四点顺序旋转馈电方式,实现了宽带圆极化辐射性能;在叠层圆贴片周边加载垂直接地金属柱环形阵,利用波束引向作用和等效零模谐振特性,在大带宽范围内实现了半功率波束宽度(HPBW)的有效展宽,并保证宽带宽波束内的圆极化辐射性能。 对天线进行了加工、测试。 实测结果表明,S11 小于-10 dB 的阻抗带宽( 4. 54 GHz ~ 11. 50 GHz)为 87%,覆盖了期望的应用工作频带6 GHz ~ 10 GHz;轴比小于3 dB 的带宽达到了33. 1%(6. 71 GHz~ 9. 36 GHz);HPBW 在6 GHz~ 8 GHz 范围内接近100°,在整个带宽内均超过 75°;除了 9. 5 GHz 以上频段,工作频带内的 6 dB 轴比波束宽度覆盖范围都接近 200°,表明天线在宽带和宽波束内具有良好的圆极化性能。     

一种减缩微带天线RCS的新型开槽结构

提出了一种能在较宽频带范围内减缩微带贴片天线雷达散射截面(RCS)的新结构。该结构通过对天线贴片开圆形槽和横槽减缩高频段的RCS,结合对接地板开纵槽减缩低频段的RCS,从而实现了整个频带内RCS的有效减缩。理论分析和仿真、实测结果表明,该结构在保证天线辐射性能的同时,对2 GHz～8 GHz频段有较大幅度的RCS减缩,最大减缩值达27.16 dB。     

基于尺寸渐变超表面宽带高增益低剖面天线

设计了一种基于尺寸渐变超表面的宽带高增益低剖面天线,该天线由双层超表面和一层微带缝隙组合而成。双层超表面由分别印刷在2个介质板上的尺寸渐变六边形阵列贴片组成,贴片之间存在非等距间隙。超表面单元尺寸渐变设计能够使天线产生多个邻近的谐振点,从而展宽带宽。通过改变超表面天线尺寸结构,分析天线的宽带辐射特性。为获得最佳宽带性能,采用遗传算法优化天线几何参数。制作并测试了一款边长为43.3 mm,厚度为4.853 mm的样本天线用于验证仿真结果。实测结果显示,该天线-10 dB阻抗带宽达到了54%(3.99～6.93 GHz),最高增益达到12.05 dB,在4～6 GHz范围内增益保持在8 dB以上。该天线实现了宽频带、高增益、低剖面的特点,适用于宽带高速率无线通信的诸多领域。     

基于人工磁导体的低RCS微带天线设计

基于人工磁导体(AMC)的工作机理,设计了一款工作频率在X波段的低雷达散射截面(RCS)微带天线。设计了一种AMC单元,经X和Y极化波垂直入射在8.6~14.6 GHz的频带范围内,获得180°±37°的反射相位差;将其进行正交排列组成AMC棋盘结构的反射屏,反射屏中AMC阵列块由3×3的单元组成。仿真结果显示,该反射屏较相同尺寸的PEC板具有更小的后向RCS,将此AMC结构与工作频点为10 GHz的微带天线共面排布,在保持原有天线良好辐射性能和剖面高度的同时,在8.4~14.8 GHz的频率范围内对两种极化波垂直入射实现了不低于7.5 dB的RCS缩减量。     

基于极化旋转单元的宽带雷达散射截面缩减

提出并设计了一种基于非对称开口圆环形结构的极化转换单元，并以此为基础设计实现了超宽带雷达散射截面（radar cross-section，RCS）缩减电磁超表面.利用非对称开口圆环形结构极化转换单元可灵活设计转极化反射相位的特点，设计了两种极化转换单元以实现在超宽频带范围内满足反射相位相差接近180°，将这两种单元在平面上进行编码优化排布，使得入射电磁波产生漫反射效应从而实现超宽带后向散射RCS缩减.最后设计并加工了一个192 mm×192 mm尺寸的电磁超表面，仿真和实测结果表明该表面在11.2~24.1 GHz的宽频带内实现了10 dB以上的RCS缩减，最大缩减可达35 dB.     

基于超表面的高效宽带双极化转换器设计

超材料和超表面因表现出天然材料所不具备的特 殊性能而广泛应用于电磁波调控。针对宽频带、高效率和小型化极化 转换器应用需求,本文设计一款宽带高效反射型超表面双极化转换器。基于电磁波极化调控 原理,在两角切方形贴片的基础上, 设计一款圆角切方形贴片周期性阵列超表面,实现单一宽频带内高效率线极化和圆极化转换 。研究表明,该极化转换器在6.850—11.050 GHz频段内极化转换效率(po larization conversion ratio,PCR)达90%,且性能可维持在入射 角 ≤45°范围内,覆盖整 个X 波段,实现高效率宽入射 角线极化转换;在6.225—6.402 GHz和12.562—13.472 GHz频率范围内轴比(axial ratio, AR)低于3 dB,实现高效率圆极化转换。此外,该超表面具有结构简单、宽入射角、加工方 便等优点,可满足微波通信、显微成像等领域的应用需求。