【摘要】：在21世紀的今天,飛行武器的隱身是現(xiàn)代軍事領(lǐng)域核心技術(shù)競爭的重點研究方向之一。飛行器雷達罩內(nèi)的天線結(jié)構(gòu)是雷達信號的強散射源,對目標總雷達散射截面(Radar Cross Section,RCS)的貢獻高達40%以上。將頻率選擇表面(Frequency Selective Surface,FSS)應用于飛行武器制導艙是目前有效降低目標雷達散射截面,提高飛行器隱身能力的最佳選擇。頻率選擇表面是指在金屬表面上進行周期排布的孔隙或介質(zhì)上周期排布的金屬貼片結(jié)構(gòu),其本質(zhì)是一種空間電磁波濾波器。具有帶通性質(zhì)的FSS能夠?qū)崿F(xiàn)通帶內(nèi)電磁波以低插入損耗的方式透過,而通帶外的信號則發(fā)生反射,從而實現(xiàn)飛行武器隱身。然而,大型不可展開曲面上FSS單元數(shù)目多,結(jié)構(gòu)及排布復雜,國內(nèi)在FSS雷達罩的整體性仿真和一體化加工方法上與美、英、俄等軍事強國仍存在較大差距。本論文首先利用COMSOL/CST仿真軟件對FSS雷達罩的電磁濾波特性和綜合服役性能進行建模分析。從平面無限大FSS的分析入手,設(shè)計了中心頻率為17GHz的Y型帶通FSS,分析了 FSS的極化穩(wěn)定性和角度穩(wěn)定性,研究了單元結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對電磁傳輸性能的影響。為了實現(xiàn)對曲面FSS的整體性仿真分析,設(shè)計了相控陣天線,并基于空間準周期建模方法在曲面上進行FSS單元結(jié)構(gòu)的排布,通過曲面FSS雷達罩與相控陣天線一體化的仿真分析模型,從天線遠場輻射方向圖提取曲面FSS雷達罩的關(guān)鍵電磁特性參數(shù)。針對曲面FSS雷達罩的一體化加工難題,論文創(chuàng)新性地提出了利用六自由度激光機器人與旋轉(zhuǎn)臺聯(lián)動的整體加工方案,實現(xiàn)對雷達罩表面進行非接觸式的單元結(jié)構(gòu)加工,克服傳統(tǒng)機械加工手段引起雷達罩形變的問題,實現(xiàn)了共形曲面FSS雷達罩的一體化加工。并通過微波暗室對FSS雷達罩進行綜合測試,結(jié)果表明,所設(shè)計的共形曲面FSS雷達罩具有良好的電磁傳輸特性。針對常規(guī)FSS雷達罩不能縮減雙站RCS的特點,對具有吸波和透波功能一體化的FSS復合級聯(lián)結(jié)構(gòu)進行了探索,采用金屬帶通FSS結(jié)構(gòu)和阻抗性FSS貼片分別排布于介質(zhì)兩側(cè)的設(shè)計方案,獲得了寬帶透波、高頻低反射特性的復合級聯(lián)結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明,這種結(jié)構(gòu)能夠有效降低帶外RCS,在降低雙站RCS方面有很大的應用前景。
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V218;V271.4
【圖文】：

數(shù)十年的發(fā)展，仍在不斷更新中。隨著雷達探測技術(shù)的發(fā)展，雷達反隱身性能不逡逑斷提升，這對飛行武器的隱身性能要求也隨之提升。一些軍事強國在隱身技術(shù)的逡逑研宄上己經(jīng)取得了一系列重要成果。如圖１－１所示為世界上已經(jīng)服役的最新一代逡逑先進戰(zhàn)斗機Ｆ２２邋（圖中畫圈位置為雷達罩），該戰(zhàn)斗機除了具備超音速巡航、超逡逑視距作戰(zhàn)、超機動性能之外還具備超級隱身能力。隱身能力成為評價最新一代飛逡逑行武器戰(zhàn)斗性能的重要技術(shù)指標。逡逑Ｉ逡逑圖１－１Ｆ２２戰(zhàn)斗機逡逑雷達散射截面（ＲａｄａｒＣｒｏｓｓ邋Ｓｅｃｔｉｏｎ，簡稱ＲＣＳ）是用于表征目標在雷達波照逡逑射下所產(chǎn)生回波信號強度的物理量，又稱后向散射截面，是雷達入射方向上目標逡逑散射雷達信號能力的度量，ＲＣＳ越小表示所產(chǎn)生的回波信號越弱，飛行器的隱身逡逑性能越好。ＲＣＳ定義為，目標在立體角內(nèi)向接收機處散射功率與入射波在目標上逡逑的功率密度之比的４ｔｉ倍［２］。飛行器在雷達探照下的主要散射源來自于飛行器外逡逑形、座艙、雷達艙、進氣道和噴氣口等。不同幾何結(jié)構(gòu)的ＲＣＳ是不同的，ＲＣＳ的逡逑縮減可以通過飛行器外形設(shè)計結(jié)合吸波涂層實現(xiàn)，但是對于雷達艙的隱身則要復逡逑１逡逑

實現(xiàn)通帶內(nèi)電磁波以低插入損耗的方式透過，而通帶外的信號則發(fā)生反射，通過逡逑不同單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可以獲得對空間中特定頻率的電磁波表現(xiàn)出帶通性質(zhì)的空逡逑間濾波器［７］。對于帶通型的ＦＳＳ，其工作原理如圖１－２所示，當入射信號為帶內(nèi)逡逑信號的時候，ＦＳＳ對信號“透明”，能夠自由透過，而當信號處于傳輸帶外的時候，逡逑發(fā)生反射。逡逑帶外１＾邋：邐：：：：１逡逑滲帶內(nèi)信１＼逡逑帶通邋ｆｓｓ逡逑圖１－２帶通型ＦＳＳ原理示意圖逡逑３逡逑

圖１－３雷達罩工作原理圖（ａ）傳統(tǒng)雷達罩（ｂ）邋ＦＳＳ雷達罩逡逑本文主要針對ＦＳＳ與雷達罩相結(jié)合的應用場景進行研宄，雷達罩的工作原逡逑理如圖１－３所示。圖１－３邋（ａ）所示為傳統(tǒng)的雷達罩，對電磁波透明的罩體在電磁逡逑波輻射下，己方雷達信號自由穿過雷達罩的同時，敵方雷達信號也會輕易進入雷逡逑達艙內(nèi)部，進入到雷達艙內(nèi)部的敵方探測信號一部分經(jīng)天線陣面發(fā)生鏡面反射，逡逑一部分激勵天線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次散射，疊加之后產(chǎn)生了很強的散射信號，極大增加逡逑了被敵方雷達發(fā)現(xiàn)的可能性。圖１－３邋（ｂ）所示為加載了邋ＦＳＳ雷達罩，將ＦＳＳ諧逡逑振頻點設(shè)計在自身雷達天線工作波段，敵方探測信號位于帶外波段。ＦＳＳ雷達罩逡逑對于我方信號“透明”，而對于敵方雷達信號，結(jié)合外形和ＦＳＳ對帶外信號的反射逡逑特性，能夠?qū)撤教綔y信號反射到其他方向，實現(xiàn)了帶外電磁信號屏蔽，從而避逡逑免了鼻椎方向由于天線陣面所產(chǎn)生的強鏡面反射和天線結(jié)構(gòu)導致的二次散射

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本文編號：2766390