基于宽带棋盘型人工磁导体的微带天线RCS缩减技术

利用棋盘型人工磁导体（AMC）结构研究微带天线RCS的缩减技术。给出AMC耶路撒冷十字结构的等效电路模型,据此设计两个不同的AMC耶路撒冷十字,使其产生180°的反射相位差,并组成棋盘型结构。当平面波垂直入射到加载棋盘型AMC结构的微带天线表面时,实现了反射波的相消干涉。在天线带内和带外12~24 GHz都明显降低了微带天线的RCS,最大可以达到36 dB的缩减,并且天线的辐射特性基本保持不变。     

基于三种反射型单元共享孔径的新型宽带低RCS反射屏设计

该文设计了一种基于3种反射型单元共享孔径的新型宽带低RCS超表面反射屏,与传统人工磁导体反射屏相比,引入一种相量干涉单元,利用新型相位对消关系完成了对传统人工磁导体(AMC)反射屏相位对消频带的拓展。通过将3种反射单元交错排布,合理设计阵列使其满足新型相位对消条件,并进一步优化单元结构参数,实现了阵列RCS缩减和缩减带宽的拓展。在不同极化波垂直入射条件下,新型阵列均有较好的低散射性能。仿真与实测结果表明:在5.2～13.9 GHz范围内后向RCS缩减量达到10 dB以上,相对带宽达到91%,为宽带低RCS反射屏设计提供了新的方法。     

宽带低RCS超表面天线阵设计

该文利用电磁超表面与微带天线的结构高度相似性,设计了2种辐射特性几乎一致且具有反射相位差异的超表面天线,通过将2种天线单元进行棋盘布阵,在x极化波和y极化波照射下分别利用相位相消及匹配负载吸收实现了天线阵带内散射能量的抑制。实测与仿真结果表明:该超表面天线工作于6.0～8.5 GHz。x极化波垂直入射时天线单站RCS减缩6 dB带宽为6.2～10.5 GHz,最大减缩量达21.07 dB。y极化波垂直入射时天线的带内RCS减缩依然能达到3 dB以上。且实测与仿真结果吻合良好。该设计方法为实现天线阵带内RCS减缩提供了新的设计思路。     

基于超表面的低雷达散射截面宽频贴片阵列天线设计

该文设计了一种基于超表面(MS)的低雷达散射截面(RCS)宽频贴片阵列天线。该天线由工作在不同频段的两种开缝贴片天线组成2×4的八元阵,以此实现天线小型化并扩展其带宽,根据相位相消原理,将两种人工磁导体(AMC)以棋盘布阵的方式组成超表面加载到天线阵周围,使其具有低RCS特性。实测和仿真结果表明:加载超表面后,天线工作带宽由5.7~6.2 GHz扩展为5.6~6.6 GHz,相对带宽增大1倍,辐射特性基本保持不变;当平面波垂直入射时,天线单站RCS减缩效果明显,其中,X极化波下3 dB减缩带宽为5.3~7.0 GHz,最大减缩量达31 dB,Y极化波下3 dB减缩带宽为5.8~6.9 GHz。     

基于宽带吸波体的低雷达散射截面平面印刷磁电偶极子天线设计

该文设计了一种工作于X波段的平面印刷磁电偶极子天线,并设计了一种加载集总电阻的宽入射角、极化不敏感、宽频带吸波体(WBMA)。当平面波垂直入射时,吸波体在7.2~12.6 GHz范围内的吸波率大于90%,入射角增加至45时仍能在X波段保持90％以上的吸波率。通过将WBMA加载在天线四周,实现了天线雷达散射截面(RCS)的大幅缩减。实测和仿真结果表明:不同极化波垂直入射时,天线单站RCS减缩3 dB带宽为6.6~14.4 GHz,最大减缩量达23.8 dB。中心频点10 GHz处,TE极化波照射时,双站RCS能实现90角域内的减缩,TM极化波照射时,在35角域内实现了减缩,同时天线辐射性能几乎保持不变。     

具有超宽带RCS减缩特性的天线设计

该文设计了两种人工磁导体(AMC)单元,在8～20 GHz的超宽频带内,两种AMC结构能够实现180°±37° 的反射相位差,将这两种单元组成棋盘结构时,能够实现入射电磁波的散射场相消,从而在超宽的频带内实现棋盘表面法向雷达散射截面(RCS)的显著减缩。同时,利用超表面天线的概念,设计馈电网络,将设计的AMC结构用做天线,仿真发现在9.08～10.30 GHz的范围内,天线的S₁₁小于–10 dB,可以实现天线的有效辐射。实测结果和仿真吻合较好,因此该文的棋盘结构可以实现具有RCS减缩特性的天线设计。     

双频带相位梯度超表面设计与RCS缩减验证

设计了由两种不同开口谐振环结构组成的双频带相位梯度超表面。超表面中两种结构单元周期交错排列,在两个频点引入附加平行波矢量调控电磁波波前,获得低平板反射率及后向雷达散射截面积（RCS）缩减。仿真与实验均表明,该设计思路和方法行之有效,在7.8 GHz和9.4 GHz两个设计频点,将垂直入射波耦合成伪表面波,偏离法线-30°~+30°的单站后向RCS缩减分别为10.3 dB和10.4 dB。由于其设计的灵活性,该超表面波有望在天线、隐身领域具有潜在的应用价值。     

大角度稳定的双频双极化频率选择表面

设计了一种X波段透射,Ku波段反射,具有大角度入射和较好极化稳定性的Y单元六边形紧凑排列的频率选择表面（FSS)。实测结果表明,当TE和TM波在±80°内入射时,该频率选择表面在中心频率9.41GHz的5％带宽内透射损耗小于1dB,同时在中心频率14.5GHz的5％带宽内反射率约大于90％。FSS在通带和反射都有着良好的角度稳定性和极化稳定性,对于分频复用的反射面天线和曲面流线型隐身雷达罩有很好的应用价值。     

基于极化旋转单元的宽带雷达散射截面缩减

提出并设计了一种基于非对称开口圆环形结构的极化转换单元，并以此为基础设计实现了超宽带雷达散射截面（radar cross-section，RCS）缩减电磁超表面.利用非对称开口圆环形结构极化转换单元可灵活设计转极化反射相位的特点，设计了两种极化转换单元以实现在超宽频带范围内满足反射相位相差接近180°，将这两种单元在平面上进行编码优化排布，使得入射电磁波产生漫反射效应从而实现超宽带后向散射RCS缩减.最后设计并加工了一个192 mm×192 mm尺寸的电磁超表面，仿真和实测结果表明该表面在11.2~24.1 GHz的宽频带内实现了10 dB以上的RCS缩减，最大缩减可达35 dB.     

基于AMC的吸波材料及其在微带天线中的应用

研究了基于AMC结构的吸波材料在微带天线RCS减缩中的应用。给出了基于AMC结构吸波材料的表面阻抗的计算公式,并实际加工了吸波材料样品,分析了反射相位与表面反射系数之间的关系。将这种超薄AMC吸波材料应用于微带天线,实验结果表明:微带天线RCS得到有效降低,同时天线辐射性能得到保持,仅前向增益下降了0.9 dB。     

一种新型的低雷达散射截面微带天线*

提出了一种减缩微带天线雷达散射截面(radar cross section,RCS)的新方法,该方法基于对微带天线表面感应电流的分析,给出可用于降低微带天线RCS的边缘结构。在参考天线的基础上,利用该方法设计了一款新型的低RCS微带天线。该设计天线与参考天线相比,具有同样的辐射性能。使用该方法后,参考天线在与水平面成小角度的平面波照射(掠入射)下,在4~12GHz的宽频带范围内,在φ=-45°~45°角域内的RCS平均值减缩了8.1d B。试验结果证明了该方法的有效性。     

低RCS栅格微带天线研究

研究了栅格微带天线在微带天线RCS减缩中的应用。分析了栅格线宽度、栅格线间距、栅格化方式等参数对天线的谐振频率、增益的影响。设计了一副具有低RCS特性的栅格微带天线,与谐振在同频率的微带贴片天线相比,天线的增益仅降低0. 6dBi,而天线在2~10GHz频带内的平均RCS降低4dBsm。     

环形金属在微带天线雷达散射截面减缩的应用

提出了一种利用环形金属结构实现低雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)的微带贴片天线.该结构由几个金属同心环排布而成.对典型的微带天线, 通过在辐射贴片周围加载该环形结构, 天线可以实现明显的宽带RCS减缩效果.实验结果表明:与参考天线相比, 对于X极化垂直入射波以及Y极化垂直入射波在6~25 GHz范围内都有减缩效果, 天线在12.8 GHz时可以达到30 dB的减缩量, 同时天线的辐射特性得到保持.     

高温超导圆极化微带天线辐射性能的研究

本文设计并研制了2GHz敷铜板圆极化微带天线及4.5GHz高温超导(HTS)圆极化微带天线.2GHz敷铜板圆极化微带天线的半功率角为63°,最好轴比为1.2dB;4.5GHz的HTS圆极化微带天线相对于银天线有3dB的增益改善,其半功率角大于63°.     

Circularly polarized antenna array with a new sequential phase feed network utilizing directional coupler

This is a presentation of a new design of circularly polarized (CP) antenna array having a wide axial ratio (AR) bandwidth and high-gain. It uses an innovative feed network which consists of compact directional couplers and a delay line describing a new kind of sequential phase (SP) feed network. Furthermore, in this work, we report and discuss the features of the feed network and single element. In the following, the single element antenna and the 2 × 2 CP antenna array are designed, prototyped and tested. The antenna array is designed by a multilayer microstrip structure with a compact size of 75 × 52 mm². Moreover, a metal reflector is utilized to enhance the antenna gain and achieve a unidirectional radiation pattern over the operating frequency band. According to the experimental results, the CP antenna array has a return loss (RL) bandwidth of 2.42 GHz (5.83–8.25 GHz), AR bandwidth of 1.11 GHz (6.76–7.87 GHz), and peak gain of 12.15 dBic. It seems that the performance of the proposed design is admirable for C-band frequency.     

一种减缩微带天线RCS的新型开槽结构

提出了一种能在较宽频带范围内减缩微带贴片天线雷达散射截面(RCS)的新结构。该结构通过对天线贴片开圆形槽和横槽减缩高频段的RCS,结合对接地板开纵槽减缩低频段的RCS,从而实现了整个频带内RCS的有效减缩。理论分析和仿真、实测结果表明,该结构在保证天线辐射性能的同时,对2 GHz～8 GHz频段有较大幅度的RCS减缩,最大减缩值达27.16 dB。     

Radiation performance improvement of wideband microstrip antenna array using wideband AMC structure

In this paper, the radiation performance of an antenna array is improved by designing a new wideband artificial magnetic conductor (AMC). The proposed AMC surface operates at the frequency of 3 GHz with ±90^° reflection phase bandwidth of 22%. In order to identify the key design parameters of the AMC structure, a parametric study is performed. To improve the radiation performance of the antenna array, an AMC reflector is developed through utilizing an array of 2 × 8 periodic patches of AMC unit cells. By this technique, the front to back ratio of the designed antenna array is enhanced about 16.27 dB. It is concluded that tuning of the AMC dimensions for controlling the reflection coefficient at each port of antenna array during beam steering is necessary. Because of the using of the AMC surfaces as a reflector instead of conventional PEC surfaces, size reduction of the antenna array in the order of 20% is achieved. In this study, a circuit model for single element of the antenna array with considering AMC loading effect is introduced, which predicts the bandwidth behaviour of the proposed antenna. The final designed antenna array exhibits low level of cross polarization making it well‐suited for tracking radars and electronic warfare applications. The proposed antenna with the AMC reflector is fabricated and measured. The measured ?10 dB impedance bandwidth and peak gain of the proposed antenna is 20% (2.7‐3.25 GHz) and 13.4 dBi, respectively, which are compatible with the simulation results.