平臺(tái)天線一體化寬帶隱身關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、雷達(dá)性能的提升促使飛行載體平臺(tái)的隱身特性被廣泛關(guān)注。天線作為平臺(tái)上一種特殊的散射源，極大地影響了平臺(tái)自身的雷達(dá)散射截面（RCS），天線的散射縮減成為天線領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。平臺(tái)上天線的輻射問(wèn)題已經(jīng)獲得了廣泛的研究，而平臺(tái)天線一體化的散射問(wèn)題還有待深入研究。該問(wèn)題的特殊性主要體現(xiàn)在多尺度和寬頻帶兩個(gè)方面。本文圍繞這一問(wèn)題，在散射計(jì)算和散射縮減兩個(gè)方面展開(kāi)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在散射計(jì)算方面，對(duì)常用的電磁場(chǎng)時(shí)域數(shù)值計(jì)算方法

2、----時(shí)域有限差分（FDTD）的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。針對(duì)其色散誤差大的不足之處，提出了一種非標(biāo)準(zhǔn)的FDTD方法，即電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別使用不同的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。本文系統(tǒng)分析了該方法在顯式和隱式兩種情況下的數(shù)值特性，并與參考的高階方法進(jìn)行對(duì)比。理論分析和數(shù)值計(jì)算結(jié)果均表明，該方法可以在較小的計(jì)算量下得到與相應(yīng)高階方法相當(dāng)?shù)纳⒕取４送猓疚膶喚W(wǎng)格技術(shù)和高階方法相結(jié)合，得到了一種適用于分析多尺度問(wèn)題的混合方法。在高階區(qū)域可以靈活運(yùn)用不同階數(shù)

3、的差分格式，而在亞網(wǎng)格區(qū)域采用了子時(shí)間步進(jìn)，進(jìn)一步減小計(jì)算量。通過(guò)該方法分析了一款有限大頻率選擇表面（FSS）結(jié)構(gòu)。⑵在平臺(tái)上天線散射縮減方面，根據(jù)天線在平臺(tái)上的兩種主要安裝位置以及實(shí)際中平臺(tái)需要高度關(guān)注的隱身角域范圍，分別研究了天線在掠入射和正入射兩種情況下的散射縮減。對(duì)于掠入射情況，為了避免天線饋電結(jié)構(gòu)對(duì)散射的影響，同時(shí)為了考慮天線與其周?chē)脚_(tái)結(jié)構(gòu)的耦合，基于小型隱身平臺(tái)和天線的一體化模型對(duì)微帶天線掠入射情況下的散射特性進(jìn)行了分析。

4、根據(jù)平臺(tái)上電流的分布特性，對(duì)微帶天線進(jìn)行了鋸齒形設(shè)計(jì)來(lái)降低其在關(guān)心角域內(nèi)的散射，對(duì)低散射平臺(tái)和天線進(jìn)行了加工驗(yàn)證。將天線形狀設(shè)計(jì)的思路運(yùn)用于嵌入式盤(pán)錐天線的圓盤(pán)和腔體的設(shè)計(jì)，同樣獲得了良好的散射縮減效果。對(duì)正入射情況，采用了對(duì)消的思想對(duì)天線散射進(jìn)行縮減。對(duì)常用的棋盤(pán)對(duì)消表面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)帶反射板的偶極子天線進(jìn)行了散射縮減設(shè)計(jì)，分析了對(duì)消表面在天線設(shè)計(jì)中的散射縮減效果及其對(duì)天線輻射特性的影響，仿真與測(cè)試結(jié)果表明在獲得良

5、好散射縮減效果的同時(shí)，對(duì)消表面反射板對(duì)偶極子天線輻射特性影響不大，同時(shí)能夠降低天線剖面高度。對(duì)于對(duì)消技術(shù)在微帶天線陣方面的應(yīng)用，考慮到常規(guī)通過(guò)增加額外結(jié)構(gòu)進(jìn)行散射對(duì)消的方法一般情況下會(huì)使陣列單元間距增大，不利于寬角掃描。本文則采用混合單元組陣的方式來(lái)獲得對(duì)消效果，通過(guò)在微帶天線貼片上開(kāi)縫，控制貼片在交叉極化方向的諧振頻率，使得開(kāi)縫單元與未開(kāi)縫單元的散射相位之差在關(guān)心頻段內(nèi)接近反相，達(dá)到對(duì)消效果。為了驗(yàn)證對(duì)消設(shè)計(jì)，對(duì)部分模型進(jìn)行了加工測(cè)試

6、。⑶對(duì)用于天線帶外散射縮減的一種通用方法----FSS天線罩的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究。對(duì)常用FSS單元的電路模型進(jìn)行了分析，并給出了從S參數(shù)提取等效電路元件參數(shù)的方法。通過(guò)數(shù)值仿真提取單層FSS結(jié)構(gòu)的S參數(shù)進(jìn)而提取其等效電路元件參數(shù)，利用參數(shù)插值技術(shù)，結(jié)合等效電路方法，快速獲取多層FSS單元結(jié)構(gòu)的透射特性。在此基礎(chǔ)上對(duì)一款二階FSS結(jié)構(gòu)的圓極化波透波特性進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行加工測(cè)試。此外，借助等效電路模型對(duì)FSS的理解，結(jié)合交指電容和折疊