周期性結(jié)構(gòu)的時(shí)頻散射特性研究.pdf

1、雷達(dá)隱身技術(shù)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中隱蔽和突防的重要技術(shù)手段，而雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS)又是雷達(dá)隱身技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)。如何更有效地降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面，增強(qiáng)隱身性能，以及如何更準(zhǔn)確地探測(cè)具有低雷達(dá)散射截面的目標(biāo)，增強(qiáng)反隱身手段，都涉及到對(duì)目標(biāo)時(shí)域和頻域散射特性的研究。本文旨在研究周期性結(jié)構(gòu)的頻域和時(shí)域散射特性，通過對(duì)周期性結(jié)構(gòu)時(shí)、頻域散射特性的分析，揭示周期性結(jié)構(gòu)的散射機(jī)理，探索利用結(jié)構(gòu)的周期性縮減雷達(dá)散射截面

2、、以及利用結(jié)構(gòu)不同部分的時(shí)域響應(yīng)探測(cè)低散射周期性目標(biāo)的方法。本文工作為提高目標(biāo)的隱身性能以及為隱身目標(biāo)的探測(cè)提供了新的思路。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.通過對(duì)高斯脈沖調(diào)制正弦波入射到周期性頻率選擇表面后產(chǎn)生的時(shí)域散射波形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了低散射周期性結(jié)構(gòu)的電磁濺射現(xiàn)象，即其散射波形在開始時(shí)有較大幅度、經(jīng)過一段時(shí)間穩(wěn)定后幅度才變得很小的現(xiàn)象。采用等效電路分析方法對(duì)反射和透射電流進(jìn)行了分析，從電路角度揭示了這種結(jié)構(gòu)

3、產(chǎn)生時(shí)域?yàn)R射現(xiàn)象的機(jī)理:即縫隙陣列等效電路中的電容和電感在散射開始時(shí)產(chǎn)生不均衡散射，從而造成總散射出現(xiàn)較大的峰值，如果等效電容增加，其時(shí)域?yàn)R射現(xiàn)象更顯著。為了驗(yàn)證本文工作，對(duì)不同尺寸、相同頻率的縫隙陣列的時(shí)域?yàn)R射特性進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與理論分析結(jié)果一致性較好。
　　2.對(duì)帶電磁帶隙的微帶天線和覆蓋電磁帶隙的棋盤型人工電磁表面的散射特性進(jìn)行了研究，揭示了其帶內(nèi)的低RCS特性主要是由來自電磁帶隙和來自目標(biāo)自身的散射在后向相抵消形

4、成的。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)高斯脈沖調(diào)制正弦波入射到低RCS目標(biāo)后產(chǎn)生的時(shí)域散射波形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了低散射周期性結(jié)構(gòu)的電磁濺射現(xiàn)象，探討了電磁濺射現(xiàn)象的形成機(jī)理，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用這種濺射現(xiàn)象，有可能探索出一種探測(cè)低RCS目標(biāo)的時(shí)域新方法。
　　3.提出了利用各向異性結(jié)構(gòu)不同方向上折射率不同的特性來設(shè)計(jì)低散射人工電磁表面的方法，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這種表面利用了由不同旋轉(zhuǎn)角度金屬貼片構(gòu)成的陣列產(chǎn)生的等效各向異性介電常數(shù)，使得在這個(gè)表

5、面上傳播的表面波可以沿著設(shè)定的方向傳播，從而可以使其向著和背離表面邊緣傳播，避免激發(fā)邊緣奇異電流，減小邊緣的散射。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論設(shè)計(jì)相吻合。
　　4.為了實(shí)現(xiàn)不同極化波入射下的低RCS，提出了極化無關(guān)梯度折射率表面的概念，并采用圓環(huán)形貼片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)極化無關(guān)的梯度折射率表面。同時(shí)，基于廣義折射率原理，還設(shè)計(jì)了方形貼片和耶路撒冷貼片等2種不同類型的梯度折射率表面，并對(duì)其散射特性進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，環(huán)形貼片梯度折射率表面能將不同

6、極化的入射波轉(zhuǎn)化為表面波，耶路撒冷貼片梯度折射率表面能在較寬頻帶內(nèi)減低后向RCS。
　　5.利用編碼的思想和環(huán)形貼片及耶路撒冷貼片單元的反射相位分布情況，設(shè)計(jì)了適用于不同極化波入射時(shí)的低RCS超材料表面，和在較寬頻帶上實(shí)現(xiàn)低RCS的超材料表面。這些表面可將入射波散射到多個(gè)方向，打散散射能量，從而減小后向RCS。
　　6.提出了低散射寬帶人工電磁表面的設(shè)計(jì)方法，該方法先從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)了能用于表示人工電磁材料表面電場(chǎng)分布的近似公式