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低雷达截面超宽带vivaldi天线

专利类型:非专利
技术成熟度:-
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技术领域: 通信网络技术
应用领域: 通信设备制造
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简介
雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)是指目标在平面波的照射下,对在给定方向上返回雷达的回波能量大小的一种量度,是定量表征目标散射强弱的物理量。雷达截面减缩就是控制和降低目标的雷达散射截面,降低探测系统的探测能力。随着探测技术的发展,对平台目标的雷达散射截面(RCS)进行减缩越来越具有重大的军事意义。天线作为一种特殊的散射体,其雷达截面是总雷达截面的主要贡献者,所以在对平台目标的雷达散射截面进行减缩时,天线RCS的减缩是重中之重。 一般而言,天线的散射分为两个部分,一个是天线的模式项散射,另一个是天线的结构项散射。其中,模式项散射是由于天线阻抗与馈电网络阻抗的不匹配从而形成电磁波再反射产生的散射,而结构项散射是入射波在天线表面形成的感应电流直接产生的电磁散射,此时天线就可以看成一个普通的电磁散射体。一般来说,如果天线与馈电网络匹配很好,那天线的模式项散射就会比天线的结构项散射小很多。在天线匹配良好的前提下,我们将着重研究如何缩减天线的结构项散射。 超宽带(Ultra wideband, UWB)技术以其传输数率高,功率消耗低等特点,受到了越来越多的关注。为了提高雷达平台在战场的生存能力,通过研究超宽带天线的隐身技术来提升雷达平台的隐身性能十分重要。对于一款有着实际应用背景的隐身天线,首先必须保证天线的辐射特性满足工程应用的要求,然后改进对辐射特性影响较小却对散射特性影响相对较大的部分,最后对天线的其它部分的参数进行适当的调整,从而在不影响天线辐射性能的情况下实现天线 RCS 的缩减。 Vivaldi天线是一种非周期结构、连续渐变、端射式的行波天线。这种天线是一种高增益、宽频带、线极化天线,常用于固定于飞机前端的火控系统中,所以将vivaldi天线进行RCS减缩具有重要的现实意义。由于超宽带天线覆盖的频带宽,因此较普通的天线而言,减缩超宽带天线的RCS有更高的困难度。 传统的超宽带vivaldi天线RCS减缩方法包括修形方法、加载PBG(光子带隙)结构和加载基片集成波导结构等。其中,修形方法是用改变天线外形的方法来减缩天线的RCS,在保证不影响辐射电流或者影响很小的情况下,通过改变vivaldi天线的外形,可以减小天线的面积,进而减小天线的结构项散射。加载PBG结构是利用PBG结构的滤波和抑制表面波特性,通过加载PBG结构来抑制vivaldi天线散射过程中产生的行波和表面蠕动波散射场。较为新颖的方法是在vivaldi天线上加载基片集成波导结构来减缩天线的RCS。IET的ELECTRONICS LETTERS期刊在2014年第五期发表了《Vivaldi antenna with reduced RCS using half-mode substrate integrated waveguide》,文中首次提出利用基片集成波导的传输特性来减缩超宽带vivaldi天线的RCS。文中提出在介质基板上下两侧加工两排周期性金属化通孔,金属化通孔与辐射贴片构成两组半模基片集成波导,当入射波激励起半模基片集成波导的传输模式时,通过半模基片集成波导的导波特性可减小天线后向的RCS。此设计在天线工作的全频带范围内取得显著的RCS减缩效果,减缩RCS的相对带宽为73.68%,最大减缩值为24dB,但减缩频带仍不够宽,最大减缩值仍不够大。 本发明公开了一种低雷达截面超宽带vivaldi天线,用于解决现有技术雷达散射截面不够低和减缩频带不够宽的问题。包括介质材料板(1)、辐射单元(2)和微带线馈电单元(3);辐射单元(2)在水平中轴线上蚀刻有依次相连的圆形谐振腔(22)、矩形槽线(23)和渐变槽线(24),左侧关于水平中轴线对称蚀刻有折线开槽结构(21),且对称印制在介质材料板(1)的上下两面;介质材料板(1)上设置有关于介质材料板(1)水平中轴线上下对称的四排周期性金属化通孔,用于将上下辐射单元(2)短路连接,与其构成基片集成波导结构。本发明具有辐射性能稳定、雷达散射截面低的优点,可用于隐身平台系统在宽频带内电磁波的接收和发射。
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