平臺天線一體化寬帶隱身關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

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

2、----時域有限差分（FDTD）的優(yōu)缺點進行了分析。針對其色散誤差大的不足之處，提出了一種非標準的FDTD方法，即電場和磁場分別使用不同的計算公式進行計算。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行對比。理論分析和數(shù)值計算結(jié)果均表明，該方法可以在較小的計算量下得到與相應(yīng)高階方法相當(dāng)?shù)纳⒕取４送?，本文將亞網(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題的混合方法。在高階區(qū)域可以靈活運用不同階數(shù)

3、的差分格式，而在亞網(wǎng)格區(qū)域采用了子時間步進，進一步減小計算量。通過該方法分析了一款有限大頻率選擇表面（FSS）結(jié)構(gòu)。⑵在平臺上天線散射縮減方面，根據(jù)天線在平臺上的兩種主要安裝位置以及實際中平臺需要高度關(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。對于掠入射情況，為了避免天線饋電結(jié)構(gòu)對散射的影響，同時為了考慮天線與其周圍平臺結(jié)構(gòu)的耦合，基于小型隱身平臺和天線的一體化模型對微帶天線掠入射情況下的散射特性進行了分析。

4、根據(jù)平臺上電流的分布特性，對微帶天線進行了鋸齒形設(shè)計來降低其在關(guān)心角域內(nèi)的散射，對低散射平臺和天線進行了加工驗證。將天線形狀設(shè)計的思路運用于嵌入式盤錐天線的圓盤和腔體的設(shè)計，同樣獲得了良好的散射縮減效果。對正入射情況，采用了對消的思想對天線散射進行縮減。對常用的棋盤對消表面的設(shè)計準則進行了分析，在此基礎(chǔ)上對帶反射板的偶極子天線進行了散射縮減設(shè)計，分析了對消表面在天線設(shè)計中的散射縮減效果及其對天線輻射特性的影響，仿真與測試結(jié)果表明在獲得良

5、好散射縮減效果的同時，對消表面反射板對偶極子天線輻射特性影響不大，同時能夠降低天線剖面高度。對于對消技術(shù)在微帶天線陣方面的應(yīng)用，考慮到常規(guī)通過增加額外結(jié)構(gòu)進行散射對消的方法一般情況下會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獲得對消效果，通過在微帶天線貼片上開縫，控制貼片在交叉極化方向的諧振頻率，使得開縫單元與未開縫單元的散射相位之差在關(guān)心頻段內(nèi)接近反相，達到對消效果。為了驗證對消設(shè)計，對部分模型進行了加工測試

6、。⑶對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)問題進行了研究。對常用FSS單元的電路模型進行了分析，并給出了從S參數(shù)提取等效電路元件參數(shù)的方法。通過數(shù)值仿真提取單層FSS結(jié)構(gòu)的S參數(shù)進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)上對一款二階FSS結(jié)構(gòu)的圓極化波透波特性進行了優(yōu)化設(shè)計，并進行加工測試。此外，借助等效電路模型對FSS的理解，結(jié)合交指電容和折疊