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《北京交通大學(xué)》 2015年

帶內(nèi)低散射微帶天線及其陣列研究

徐唯偉  

【摘要】：雷達(dá)散射截面(RCS)的分析與計(jì)算一直是電磁散射研究的一個(gè)重要課題。而如何降低雷達(dá)散射截面則是課題研究中的關(guān)鍵。在當(dāng)今世界,電子戰(zhàn)與信息戰(zhàn)的飛速發(fā)展對(duì)飛行器和雷達(dá)的隱身技術(shù)提出了更高的要求,而必須對(duì)外界保持電磁波暢通的天線的RCS如何縮減自然成為隱身技術(shù)中的關(guān)鍵問題之一。本文旨在研究保持天線輻射特性基本不變前提下的天線RCS縮減技術(shù),從天線的散射機(jī)理出發(fā),主要針對(duì)微帶天線及其陣列工作頻帶內(nèi)的RCS縮減問題,研究了散射特性與天線結(jié)構(gòu)的關(guān)系,探索了減小天線RCS的方法和途徑。 本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.以直線型偶極天線、空間螺旋型偶極天線、平面螺旋型偶極天線為例,對(duì)不同結(jié)構(gòu)天線的輻射特性和散射特性進(jìn)行了對(duì)比研究,以此說明,雖然不同結(jié)構(gòu)的天線可以具有基本相同的輻射特性,但其散射特性卻有很大的差別,這是本文研究低散射天線的理論基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。同時(shí)研究也發(fā)現(xiàn),不同的天線結(jié)構(gòu)可以形成不同的近場(chǎng)分布(影響其電磁兼容性),因此在設(shè)計(jì)天線結(jié)構(gòu)時(shí)需要在輻射特性、散射特性及近場(chǎng)特性上求得平衡。 2.研究了微帶天線自身固有的散射特性(結(jié)構(gòu)模式散射),發(fā)現(xiàn)天線固有的最低散射所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)(本文稱為散射諧振點(diǎn))與天線輻射頻點(diǎn)一般不重合,從而使得天線帶內(nèi)的散射較大。為此,提出了通過調(diào)節(jié)饋電點(diǎn)位置(偏饋)使微帶天線工作頻帶與其最低固有散射頻帶重合的方法,從而顯著降低了天線工作頻帶內(nèi)的RCS。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出了兩種改進(jìn)的對(duì)稱饋電結(jié)構(gòu),可以使天線在保持帶內(nèi)低散射特性的同時(shí),有效抑制由于偏饋帶來的交叉極化電平升高的問題。 3.提出了一種在傳統(tǒng)微帶天線輻射貼片上加載電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)所形成的新型復(fù)合貼片天線。這種新型復(fù)合貼片天線將傳統(tǒng)的微帶輻射貼片與蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)融合為一體,可在保證天線輻射性能和天線平面尺寸基本不變的前提下,有效地減小天線工作頻帶內(nèi)的RCS。同時(shí),EBG結(jié)構(gòu)的引入展寬了天線的工作帶寬,使天線RCS減小的同時(shí)提高了性能。 4.提出了在微帶天線的地板上進(jìn)行縫隙加載以減小天線帶內(nèi)RCS的方法,并對(duì)地板帶縫隙的微帶天線單元和天線陣列分別進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,為消除因地板開縫帶來的天線后向輻射場(chǎng)增強(qiáng)的問題,進(jìn)一步提出了在地板所開縫隙處加載1/4波長(zhǎng)短路諧振腔的方法。結(jié)果表明,帶諧振腔的縫隙加載可以在天線輻射特性變化不大情況下、在法向一定的角度范圍內(nèi)降低RCS。 5.針對(duì)稀疏天線陣列結(jié)構(gòu),提出了一種無源相消技術(shù),即在稀疏天線陣的稀疏空間內(nèi)設(shè)計(jì)散射相位與輻射單元相反的非輻射單元,使非輻射單元產(chǎn)生的散射場(chǎng)與輻射單元產(chǎn)生的散射場(chǎng)相抵消,從而達(dá)到縮減天線工作頻帶內(nèi)RCS的目的。仿真結(jié)果表明,這種無源相消技術(shù)可以一定程度上降低稀疏陣天線的RCS。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN822
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本文編號(hào)：187705