天線雷達(dá)散射截面分析與控制方法研究.pdf

1、在當(dāng)前復(fù)雜電磁環(huán)境下的戰(zhàn)爭(zhēng)中,飛行器等載體目標(biāo)的隱身性能直接決定了其戰(zhàn)場(chǎng)生存概率及突防能力。隨著隱身技術(shù)的快速發(fā)展,載體目標(biāo)的雷達(dá)散射截面(RCS)已能得到較好的控制。而對(duì)于這些低可見(jiàn)平臺(tái),天線的散射特性往往成為制約整個(gè)系統(tǒng)電磁隱身性能的瓶頸。因此,合理地緩解天線的輻射指標(biāo)與散射要求之間的矛盾,有效地控制天線的RCS對(duì)于目標(biāo)的隱身設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。本論文密切結(jié)合“十一五”國(guó)防科技預(yù)研重點(diǎn)項(xiàng)目研究了天線RCS的分析及控制方法,所取得

2、的成果可概括為:
　　 1.研究了天線的散射機(jī)理,給出了幾種不同形式天線的結(jié)構(gòu)模式項(xiàng)散射與天線模式項(xiàng)散射的計(jì)算結(jié)果。為了便于進(jìn)一步探索天線RCS的控制方法,文中討論了矩量法(MoM),并通過(guò)矩量法完成了天線輻射參數(shù)和散射參數(shù),尤其是天線模式項(xiàng)散射的計(jì)算。同時(shí),為克服矩量法計(jì)算時(shí)存儲(chǔ)量過(guò)大的問(wèn)題,又研究了自適應(yīng)積分(AIM)方法,并給出了電大目標(biāo)的RCS計(jì)算結(jié)果及相關(guān)分析。
　　 2.由于對(duì)天線RCS的控制實(shí)際上是對(duì)各種相

3、互矛盾的要求之間的一個(gè)折衷,因此,本文將優(yōu)化算法引入到天線的散射控制與低RCS天線設(shè)計(jì)中,并通過(guò)加權(quán)求和等形式的目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)造來(lái)平衡天線的高輻射性能與低散射效果這一組矛盾,從而在實(shí)現(xiàn)天線RCS減縮的同時(shí)有效地保證了天線的基本工作性能。
　　 3.在優(yōu)化過(guò)程中,研究了差分進(jìn)化(DE)算法和粒子群優(yōu)化(PSO)算法,并將其用于天線RCS的優(yōu)化控制。為提高陣列天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)效率,本文又研究了空間映射(SM)方法,將隱式空間映射(ISM

4、)策略與差分進(jìn)化算法相結(jié)合,建立起能夠快速計(jì)算的粗糙模型與能夠精確計(jì)算的精細(xì)模型。之后,通過(guò)參數(shù)抽取過(guò)程找出兩模型的映射關(guān)系,并采用DE優(yōu)化這一關(guān)系,使粗糙模型不斷逼近精細(xì)模型,最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化速度與計(jì)算精度的共同提升。
　　 4.通過(guò)分析入射波照射下微帶天線的表面電流,找出了微帶天線RCS峰值的形成原因。發(fā)現(xiàn)微帶天線的RCS峰值諧振頻率與天線表面電流的諧振模式密切相關(guān),這為微帶天線的RCS減縮提供了依據(jù)。因此,本文通過(guò)優(yōu)化思想找出

5、能夠抑制散射諧振模式而不影響天線工作模式的最佳開(kāi)槽位置,通過(guò)開(kāi)槽的手段截?cái)嗷蛳魅醴禽椛淠Ｊ较碌闹C振電流,從而獲得了較好的RCS減縮效果。
　　 5.對(duì)于頻率選擇表面(FSS)進(jìn)行了研究,并根據(jù)分形結(jié)構(gòu)獨(dú)特的空間填充特性,設(shè)計(jì)出一款小尺寸的六邊環(huán)形帶阻頻率選擇表面結(jié)構(gòu)。該FSS采用等邊三角形排列,具有良好的角度穩(wěn)定性。將這一頻率選擇表面結(jié)構(gòu)用于天線的反射板,在天線工作頻帶內(nèi),該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出帶阻特性,作用類似于金屬板；而在天線工作頻帶

6、外,該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出帶通特性,使大部分入射能量透過(guò)天線,被天線背后的吸波材料吸收,從而保證了天線的輻射要求,實(shí)現(xiàn)了天線的RCS減縮。
　　 6.將陣列綜合思想引入到陣列天線的RCS控制中,通過(guò)對(duì)陣列各單元空間位置的優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了對(duì)陣列天線結(jié)構(gòu)模式項(xiàng)RCS的控制；通過(guò)在天線端口與饋電端口接入一組不等長(zhǎng)的延時(shí)傳輸線,人為地增大陣列輻射與天線模式項(xiàng)散射兩種狀態(tài)下的相位差異,并優(yōu)化這組相差,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列天線的天線模式項(xiàng)散射的控制。