【摘要】：近年來,隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)武器裝備的戰(zhàn)場生存力、突防能力受到日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了有效降低這一威脅,低可見武器平臺成為各國大力發(fā)展的新技術(shù)。對于低可見武器平臺,天線系統(tǒng)作為一種特殊的散射體,往往會對整個平臺的隱身性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。盡管外形和加載吸波材料技術(shù)在一定程度上能夠減縮天線RCS,但是會對天線的自身輻射產(chǎn)生影響。因此天線系統(tǒng)要保持良好的輻射性能,傳統(tǒng)的RCS減縮技術(shù)就不能直接被用于其RCS減縮。如何在保證天線輻射性能的同時,盡可能多的減縮其RCS,已經(jīng)成為制約整個系統(tǒng)隱身性能的瓶頸問題。本論文正是基于這種實(shí)際應(yīng)用背景的需求,在保證不改變天線輻射結(jié)構(gòu)的同時,通過新技術(shù)、新方法的應(yīng)用達(dá)到減縮微帶天線RCS的目的。具體來說,論文的主要內(nèi)容可以概括為以下幾個方面:1:天線作為一種特殊的散射體,其散射場包括結(jié)構(gòu)模式項(xiàng)和天線模式項(xiàng),因此其散射機(jī)理比較復(fù)雜。論文首先對天線的散射理論做了介紹,在此基礎(chǔ)之上,總結(jié)了一些用于天線RCS減縮的常用方法。該散射理論為本論文后續(xù)有關(guān)天線RCS減縮的相關(guān)內(nèi)容提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。2:人造磁導(dǎo)體(artificial magnetic conductor-AMC)是近年來發(fā)展起來的一種新的人工材料。由于其獨(dú)特的高阻抗特性,AMC被廣泛運(yùn)用于低剖面天線設(shè)計,天線RCS減縮等領(lǐng)域。作為一種諧振結(jié)構(gòu),AMC同樣具有工作帶寬較窄的特性,因此無法在較寬的頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)天線RCS減縮。為了解決這一問題,本論文中提出了混合AMC結(jié)構(gòu)。通過合理的結(jié)合兩種工作在不同頻段的AMC單元,可以實(shí)現(xiàn)4-12GHz頻帶范圍內(nèi)的微帶天線RCS減縮。3:相對于帶外RCS減縮,天線帶內(nèi)RCS減縮更加困難。這是因?yàn)樘炀�帶內(nèi)RCS和微帶天線自身輻射性能息息相關(guān)。正是基于這種現(xiàn)實(shí)情況的考慮,論文中探索了利用微帶諧振腔結(jié)構(gòu)減縮微帶陣列天線帶內(nèi)RCS的可能性。仿真和實(shí)測結(jié)果表明,該方法可以在很大程度上減縮微帶天線帶內(nèi)RCS,同時保證微帶天線的輻射性能不受明顯的影響。與常規(guī)的帶內(nèi)RCS減縮方法相比,該方法具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢。4:梯度漸變表面(gradient-index metasurfaces)是近年來發(fā)展的一種新型的人工超材料。通過合理的設(shè)計該表面的相位特性,該材料可以表現(xiàn)出PW-SW轉(zhuǎn)換和奇異反射等特性。論文中設(shè)計了一種耶路撒冷十字型梯度漸變表面,通過利用該結(jié)構(gòu)的PW-SW轉(zhuǎn)化和奇異反射特性,可以實(shí)現(xiàn)微帶縫隙陣列天線6-18GHz頻帶范圍內(nèi)的寬帶RCS減縮。相比于傳統(tǒng)的天線RCS減縮技術(shù),該方法可以同時實(shí)現(xiàn)天線帶內(nèi)和帶外RCS減縮,并且對天線輻射性能基本上沒有影響。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of modern information technology, the battlefield survivability and penetration ability of traditional weapons are increasingly challenged. In order to reduce this threat effectively, low-visible weapon platform has become a new technology developed by all countries. As a special scattering object, antenna system has a serious effect on the stealthy performance of the low visible weapon platform. Although the shape and loading of absorbing materials can reduce the antenna RCS, to some extent, it will have an effect on the antenna's own radiation. Therefore, in order to maintain good radiation performance of antenna system, the traditional RCS reduction technology can not be directly used for its RCS reduction. How to reduce the RCS, as much as possible while ensuring the radiation performance of the antenna has become a bottleneck problem that restricts the stealthy performance of the whole system. Based on the requirement of this practical application background, this paper guarantees that the radiation structure of the antenna will not be changed, and at the same time, the purpose of reducing the RCS of the microstrip antenna can be achieved by the new technology and the application of the new method. Specifically, the main contents of this paper can be summarized as follows: as a special scattering object, the scattering field of antenna consists of structural mode term and antenna mode term, so the scattering mechanism is quite complex. Firstly, the scattering theory of antenna is introduced, and then some common methods for antenna RCS reduction are summarized. The scattering theory provides a solid theoretical basis for the related contents of antenna RCS reduction in this paper. The artificial magnetic conductor (artificial magnetic conductor-AMC) is a new artificial material developed in recent years. Because of its unique high impedance characteristics, AMC is widely used in low profile antenna design, antenna RCS reduction and other fields. As a kind of resonant structure, the antenna RCS can not be reduced in a wide frequency range because of its narrow bandwidth. In order to solve this problem, a hybrid AMC structure is proposed in this paper. By reasonably combining two kinds of AMC elements working in different frequency bands, the RCS reduction of microstrip antenna in the range of 4-12GHz band can be realized. 3. Compared with out-of-band RCS reduction, it is more difficult to reduce RCS in the antenna band. This is because the RCS in the antenna band is closely related to the radiation performance of the microstrip antenna itself. Based on this practical situation, the possibility of reducing the RCS in the microstrip array antenna by using the microstrip resonator structure is explored in this paper. The simulation and experimental results show that the proposed method can greatly reduce the RCS, in the microstrip antenna and ensure that the radiation performance of the microstrip antenna is not obviously affected. Compared with the conventional in-band RCS reduction method, this method has the advantages of simple structure. 4: gradient surface (gradient-index metasurfaces) is a new type of artificial supermaterial developed in recent years. By reasonably designing the phase characteristics of the surface, the material can exhibit PW-SW conversion and singular reflection characteristics. In this paper, a Jerusalem cross gradient surface is designed. By using the PW-SW transformation and singular reflection characteristics of the structure, wideband RCS reduction can be realized in the 6-18GHz band range of the microstrip slot array antenna. Compared with the traditional antenna RCS reduction technique, this method can reduce the antenna RCS in and out of the band at the same time, and has no effect on the antenna radiation performance.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN822

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本文編號：2257530