低rcs微带阵列天线.研究

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1、第一章引言1．1研究背景及意义雷达是迄今为止最有效的远程电子探测设备，它根据目标对雷达波的散射能量来判断目标的存在并确定目标的位置。雷达的工作频段覆盖了3MHz．300GHz的频率范围，但绝大多数雷达工作在微波波段，特别是X波段(8GHz．12GHz)和Ku波段(12GHz．18GHz)，它们是机载雷达最主要的工作频段。现代雷达技术对各种军用飞机、导弹、舰艇和坦克等目标构成了致命的威胁，成为当前最有效的远程探测手段。目标隐身技术是通过减小军事目标对雷达的有效散射截面(radarcrosssection,RCS)的方法，实现降低雷达作用的目的。隐身技术作为提高武器系统生存、突防

2、，尤其是纵深打击能力的有效手段，己经成为集陆、海、空、天、电、磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，并受到世界各国的高度重视。降低雷达散射截面主要包括外形隐身技术和吸波材料技术等。其中外形隐身技术是指采用某些非常规的外形设计来降低RCS，吸波材料技术是指采用雷达波吸收材料对雷达波进行吸收衰减。但是，采用外形隐身技术会对飞行器的气动特性和机动特性方面带来问题，采用雷达吸波材料，又会增加重量、体积，带来表面维护等问题。所以，减少雷达散射截面也是在一个各种相互矛盾的要求之间达到的一个折衷。而天线跟普通的物体又不一样，天线是一个电磁场辐射体，在降低其RCS的同

3、时，还得保证天线的辐射特性，这也是一对矛盾体，需要一个折衷的方案。由于以上特征，对于天线RCS的缩减，不能采用上述外形隐身技术和吸波材料技术两种方法。但是对于天线所产生的雷达散射截面，又不可忽略不计，这是因为在各种武器或飞行器中，由雷达罩，雷达天线和雷达舱构成的雷达天线系统是不可或缺的，它会在某些方向产生很强的RCS贡献。其中，又由于微带贴片天线具有重量轻、低成本、低剖面、易于共形和制造，易于和有源电路集成为统一组件等优点，被广泛地应用于空天飞行器中。所以本文主要研究要在保持天线的辐射特性的前提下，降低微带阵列天线的RCS。电子科技大学硕士学位论文1．2雷达散射截面基础当物体

4、被电磁波照射时，能量将朝各个方向散射，散射场与入射场之和就构成空间的总场【l】。从射线的观点来看，散射场包括了因介质波阻抗突变而在物体表面上产生的反射，以及由于边缘、尖顶等物体表面不连续性引起的绕射等。从感应电流的观点来看，散射场来自于物体表面上感应电磁流和电磁荷的二次辐射。散射能量的空间分布称为散射方向图，它取决于物体的形状、大小和结构，以及入射波的频率、极化等。产生电磁散射的物体通常称为目标或散射体。当辐射源和接收机位于同一点时，如同大多数雷达工作时那样，称为单站散射，如图1-1所示。当散射方向不是指向辐射源时，称为双站散射，目标对辐射源和接收机方向之夹角称为双站角，，。

5、因此，前向散射是y=1800的情况，而单站散射(有称为后向或反向散射)对应于y=00。在许多散射测量中，常使用相距不远的分离发射天线和接收天线，严格地说这是一种双站散射，但是由于双站角很小，测量的结果与真正的单站情形并无差别，故有时称为“准’’单站散射。／1厂／单站懒]p蝴图1-1单站和双站散射定量表征目标散射强弱的物理量称为目标对入射雷达波的有效散射截面，通常简称为目标的雷达散射截面或雷达截面(RadarCrossSection)，缩写为RCS。它是目标的一种假想的面积，其来源也许是天线研究和设计的结果。因为接收天线通常被认为是一个“有效接收面积’’的口径，该口径从通过的电

6、磁波中截获能量，而出现在接收天线终端的接收功率则等于入射波功率密度乘以暴露在这个功率密度中的天线有效面积。同样，雷达目标反射或者散射的能量也可以表示为一个有效面积与入射雷达波功率密度的乘积，这个面积就是雷达散射截面，用符号仃来2第一章引言表示。对单站和双站散射，分别称为单站(或后向)雷达截面和双站雷达截面。通常雷达发射天线和接收天线离目标很远，即到目标的距离远大于目标的任何有意义的尺寸，因此入射到目标处的雷达波可认为是平面波，而目标则基本上是点散射体。如果我们假定该点散射体各向同性地散射能量，那么因为散射场依赖于目标相对于入射和散射方向的姿态，所以假想点散射体的散射强度和雷达

7、截面都随目标的姿态角而变化，即雷达截面不是一个常数，而是与角度密切相关的一种目标特性。雷达截面的定义是基于平面波照射下目标各向同性散射的概念。入射平面波的能量密度是w=1，’Ew‘=专阱E‘(1-1)●^^7‘。。O式中E‘和日‘分别是入射电场和磁场的强度，Zo=√风／岛是自由空间的波阻抗。因此雷达截面为盯的目标所截获的总功率为P=仃w=瓦1仃蝌(1-2)度为嵋=上4，rR2=器(⋯1-3)嵋2—2茹另一方面，散射功率密度又可用散射场E来表示：驴，1．7-E512(1-4)驴‰‘I由式(1．3)和式(1