一种采用吸波透波超表面的天线RCS宽带减缩新方法

设计了一款具有吸波/透波双重特性的超表面,并将其用于微带天线的覆层,实现天线雷达散射截面(radar cross section, RCS)的宽带减缩. 将传统的结构性吸波材料金属单元用氮化钽材料置换,提升了吸波带宽. 同时,将吸波材料与频率选择表面相结合,实现了覆层对于不同来波方向的电磁波分别呈现吸波/透波两种截然不同的电磁特性. 将覆层置于天线上方,当天线工作时,天线辐射的电磁波可以完美穿过覆层,因此对于天线的辐射特性不会造成影响. 当雷达波照射至天线时,覆层所呈现的宽带吸波特性可最大程度降低天线的RCS. 仿真结果表明:使用本文所设计的吸波/透波超表面作为天线覆层时,天线的辐射特性几乎未发生变化;而天线的单站RCS最大减缩量可达20 dB以上,减缩带宽可达5～19 GHz;同时,天线的单、双站RCS在较宽的角度范围内也得到明显的缩减.     

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。     

基于单层超表面的电大尺寸天线阵RCS减缩仿真分析

提出了一种基于单层透波型阻抗超表面(Transparent Resistive Metasurface, TRM)的电大尺寸天线阵RCS减缩方法。该超表面在垂直极化10 GHz处产生低插损透波窗口,而在其他频点和极化条件下作为有耗阻抗表面,天线阵列在带外频段近似全反射,可以作为接地面实现宽带吸波的RCS减缩。采用国产电磁仿真软件EastWave对"电大尺寸+精细结构"的"天线阵+超表面阵列"进行了全波仿真分析,评估单层透波阻抗超表面对电大尺寸天线阵的RCS减缩及辐射性能的影响。仿真结果表明,在天线阵增益损耗小于1 dB条件下实现同极化下带外频段和交叉极化下全频带的宽带吸波,为大型天线阵隐身设计提供了技术支撑。     

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。     

基于超表面的低雷达散射截面宽频贴片阵列天线设计

该文设计了一种基于超表面(MS)的低雷达散射截面(RCS)宽频贴片阵列天线。该天线由工作在不同频段的两种开缝贴片天线组成2×4的八元阵,以此实现天线小型化并扩展其带宽,根据相位相消原理,将两种人工磁导体(AMC)以棋盘布阵的方式组成超表面加载到天线阵周围,使其具有低RCS特性。实测和仿真结果表明:加载超表面后,天线工作带宽由5.7~6.2 GHz扩展为5.6~6.6 GHz,相对带宽增大1倍,辐射特性基本保持不变;当平面波垂直入射时,天线单站RCS减缩效果明显,其中,X极化波下3 dB减缩带宽为5.3~7.0 GHz,最大减缩量达31 dB,Y极化波下3 dB减缩带宽为5.8~6.9 GHz。     

基于分形的吸波材料及其在微带天线中的应用

在方形贴片完美吸波材料的基础上,通过Minkowski分形和开槽,设计了一种新型完美吸波材料,并分析了其吸波原理.将该材料加载于微带天线,用于减缩天线带内雷达散射截面(RCS).仿真结果表明,相比于方形贴片吸波材料,设计材料的谐振频率下降了8.6％,最大吸波率达99.97％.加载该材料后,天线的辐射性能没有降低,而其带内RCS得到有效减缩.实测结果与仿真结果较为吻合,表明了该材料可以用于微带天线的带内隐身.     

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。     

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EBG结构吸波材料在螺旋天线阵中的应用

研究了基于EBG结构的超薄吸波材料在螺旋天线阵RCS缩减中的应用。通过采取在EBG贴片之间加载集总电阻的方式实现吸波材料,并将螺旋天线阵金属底面用EBG吸波材料代替,以期实现了天线阵工作频带内RCS减缩的目标。实验结果表明,在EBGRAM的吸收频段内该吸波材料能有效缩减螺旋天线阵的RCS,同时保持天线单元辐射性能,仅前向增益有所下降。     

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.     

Koch分形与H形开槽相结合减缩微带贴片天线RCS

文中首次将Koch分形与H形开槽相结合应用于微带贴片天线RCS减缩中.设计了一副分形开槽微带天线.与工作在同一频率的矩形微带天线进行了比较,天线增益损失只有0.8 dBi,而天线的谐振峰值却得到了有效控制,天线RCS在带内减缩1.8 dBsm,在带外实现2 dBsm-14 dBsm的RCS减缩.设计天线具有较好的辐射特性和散射特性.     

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。     

超材料吸波体设计及其雷达散射截面分析

设计了一种基于电磁超材料的吸波体。该吸波体是由两层金属及其中间的有耗介质组成,上层金属是由刻蚀交叉缝隙的贴片形成的电谐振器,下层金属不刻蚀,作为整个金属地板。通过优化结构参数,得到了一种极化不敏感、宽入射角的超薄吸波体,吸波率达到99.1%,厚度只有约0.01λ.通过对其雷达散射截面(RCS)的分析,表明该吸波体具有良好的RCS减缩特性,在法向方向最大减缩20dB.实验结果与仿真结果一致,表明该吸波体在电磁隐身领域具有潜在的应用价值。     

基于完美吸波超材料的缝隙天线设计

为了改善波导缝隙天线的辐射和散射性能,设计了一种方形环结构的完美吸波超材料(Square LoopPerfect Absorbing Metamaterial,SLPAM),其厚度为0.0057λ,最大吸波率达99.9%,并将此材料作为波导缝隙天线的基板,制备了完美吸波基板波导缝隙天线。仿真和实验结果表明:相比普通波导缝隙天线,优化设计的完美吸波基板波导缝隙天线的定向性得到了明显改善,同时其带内雷达散射截面(RCS)得到了有效减缩,最大减缩值达15.7dB。     

基于CSRR结构的低RCS 微带天线设计*

基于互补开口谐振环奇异的折射率特性,研制了一种可用于雷达低可见平台的新型微带天线.采用等效分析方法对CSRR结构的等效媒质参数加以研究,并将其应用于普通微带天线非辐射边一侧的接地板上,在保证天线辐射特性基本不变的同时使散射波远离镜像方向,从而实现在空域中的带外雷达散射截面积减缩.仿真和测试结果表明,加载CSRR结构的微带天线仍为线极化,前向增益仅损失0.32dB,对于不同角度入射波镜像方向RCS均有减缩,其中法线方向RCS最大减缩量达到7.8dB.该设计具有低成本、设计简单、便于加工、利于共形等优点,为天线RCS减缩提供了新思路.     

微带天线散射截面减缩的两种方法及其综合

提出了一种加短路针来减缩微带天线散射横截面（RCS）的新方法,同时介绍了减缩RCS的另一种方法——开槽法以及这两种方法的综合应用。两种方法均不改变天线的谐振频率。文中进行了仿真。仿真分析表明,这两种方法对天线的辐射特性影响都很小,两者适当综合应用可在宽频带上较好地减缩微带天线的RCS。     

基于UC-EBG的吸波结构设计及其在微带天线中的应用

在共面紧凑型光子晶体结构(Uniplanar Compact Electromagnetic Bandgap,UC-EBG)基础上加载集总电阻,设计出一种新型吸波结构,并分析了其吸波原理。将其加载于微带天线,用于减缩天线带内雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)。仿真结果表明,在谐振频点,该吸波结构的吸波率达到99.8%。加载该结构后,天线的辐射性能基本保持不变,而对于垂直入射的TE波和TM波,其带内RCS分别减缩了26.22 dB和15.08 dB。实测结果与仿真结果较为吻合,证实了该结构可以减缩微带天线的带内RCS,从而提高其带内隐身性能。     

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。