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1、第17卷 第3期宇 航 学 报Vol.17No.31996年7月JOURNALOFASTRONAUTICSJul.1996天线雷达散射截面的分析与实验冯 林 阮颖铮 邓书辉(电子科技大学·成都·610054)摘要 本文利用天线散射的基本原理,以波导激励振子抛物面天线为例,计算并分析了天线的结构项散射雷达截面RCSs和模式项散射雷达截面RCSe,给出了此天线雷达截面的预估值。实验结果表明,理论预估值与实测值吻合较好,并且证明天线的模项RCSe大于结构项RCSs,天线总的雷达截面主要受天线模式散射的影响,减小模式项RCSe将有效地降低天线的雷达截面。本文结果为探索以克
2、服天线模式散射为主的天线RCS减缩技术提供了理论依据。主题词 天线 天线散射 雷达散射截面 隐身技术1 引言作为飞行目标的强散射源之一,雷达天线的雷达散射截面(RCS)的分析研究和减缩正受到人们的重视。天线的电磁散射比普通散射体的散射要复杂得多,除了入射波在天线上引起的感应电流直接产生电磁散射(即结构散射)外,天线接收电磁波后所产生的反射功率还[1]将在天线上附加二次电流分布,从而构成天线的再辐射(即模式散射)。天线再辐射所引起的雷达散射截面一般与天线的增益、极化状态和馈源匹配状况有关,文献[2,3]对此进行了定性分析。研究和分析天线的散射机理与雷达截面,有助于探
3、索减缩天线RCS的途径。在以[2-7]往的研究中,似乎并没有把天线的模式散射置于非常重要的位置,也没有着重分析克服模式散射将对天线RCS的减缩所起的作用,也没有相应提出旨在减小天线模式散射的方法。实事上,天线模式散射对天线RCS的贡献远比天线结构散射的贡献要大,通过克服和减小模式散射来降低天线总的RCS也许会是事半功倍。2 天线的散射机理天线的散射场包括两个部分,一是与天线负载无关的结构项散射场,另一部分则是随天线负载和馈源而变化的模式项散射场。前者确定了天线的结构散射雷达截面RCSs,后者确[2]定了天线的模式散射雷达截面RCSe,二者的相位叠加构成天线总的雷达
4、截面RCS:jW2RCS=ûRCSs+RCSeeû(1)其中W表示两项散射场之间的相位差,这是一个受天线结构、馈源和频率影响的参数,确定 本文于1994年4月11日收到第3期 冯林等:天线雷达散射截面的分析与实验97它的值十分困难。天线的结构项RCSs与天线的形式和结构有关,一般可以采用电磁散射理论方法求解。[8]一个旋转抛物面天线在其轴线上的RCSs可由下式求出:222RCSs=101g{4Pf[41+(döf)sinkd+(1+(döf)-1)]}(2)2其中:d=aö(4f),a为抛物面口径半径,f为抛物面焦距。当电磁波平行极化
5、入射时,天线的模式项RCSe与天线的增益G、入射波波长K、馈源反射系数#有关,即2K22RCSe=G#(3)4P3 天线RCS的预估和实验图1所示为一个以波导激励振子为馈源的抛物面天线,天线工作在X波段,垂直极化,焦距f=20mm,口径半径a=200mm。此天线的结构项RCSs可由式(2)求出,其结果如图2所示。图中虚线为实测值,实线为理论值,二者吻合得相当好,RCSs在8～18GHz频率范围内呈现明显的周期性起伏,最大值约4dBsm,最小值在-20dBsm以下。图1 波导激励振子抛物面天线示意 图2 抛物面天线结构项雷达散射截面RCSs天线的模式项RCS
6、e与天线的馈源和负载匹配状况密切相关,反射率#直接影响到RCSe。文献[2,3]就此影响作了分析,当#由011增加到1时,RCSe的增值达20dB。对于实际的天线,其馈源和负载的匹配状况通常随频率的变化较大,一般天线很难在较宽频带内保持低反射率,所以天线的RCSe在大部分频率上较大。为了模拟实际天线系统在其工作频率附近的匹配状况,图1所示天线的馈源终端接有全匹配负载。全匹配负载的频带较宽,其反射率在整个X波段均小于011。实际雷达天线的负载一般不具有如此宽的频带,而且馈源本身还具有反射,除在其工作频率附近,天线馈电系统的反射率不会太低。图3给出了波导激励振子馈源反
7、射率的实测值,在中心频率f0=8.9GHz附近,#≈0108。随频率远离中心频率f0,#增加很快,在X波段的两端8GHz和12GHz,反射率#已经增加到015以上。这种馈源的反射主要是由于振子与波导激励口间的失配而产生的。98 宇航学报 第17卷2天线增益G=4PSCöK,其中S为天线口径面积,C为口径利用系数。在中心频率819GHz附近,实测到天线的增益G≈30dB,由此得到此时C≈016。随着频率偏离中心频率,振子的辐射方向图将发生较大的畸变,从而使口径利用率降低,口径利用系数C减小,
8、其变化规律
