宽带阵列天线辐射与散射特性研究

The stealth of antenna is the key field of stealth technology. The array antena is widely used which contribute to the whole scattering performance of the low-observable platform. With the application of apeture synthesis technology, the research on wideband array antenna is more important and necessary. Wideband array antenna should be wideband,efficient and stable in view of radiation performance and low RCS in scattering performance.Firstly wideband array antenna with qualified radiation performance is designed as reference antenna. Secondly,the scattering theory of wideband array antenna is studied.The emphasis is to study how the structural mode and antenna mode scattering perform and how to optimize them in wideband. Thirdly the metamaterial and surfacce current control technology are utilized to design array antenna with low RCS. Finally, antennas are fabricated and tested to provide efficient wideband array antenna design with low RCS,which is valuable for the design of array antennas with low scattering performance.

鉴于天线隐身技术是隐身技术中的关键核心问题，而阵列天线又是应用最广的天线形式，阵列天线的散射特性直接关系到低可见平台整体隐身特性，随着综合孔径技术在隐身中的应用，宽带阵列天线的研究更具有重要研究价值。宽带阵列天线在辐射方面需要满足宽带化、高效率和稳定性等要求，从散射方面需要宽带范围内实现低RCS。本项目首先设计满足辐射指标要求的宽带阵列天线，选为参考天线；其次对宽带阵列天线的散射机理开展研究，重点解决宽带内结构模式项与天线模式项的变化规律研究，两者如何在宽带内实现优化设计等；然后综合采用电磁新材料以及表面电流控制技术等，设计低RCS的阵列天线；最后通过实验测试与对比分析，形成切实可行的低RCS宽带阵列天线设计方案，从而为各种低散射阵列天线的设计提供技术支持。

天线隐身技术是隐身平台需要解决的关键技术问题，天线作为特殊的散射体需要同时考虑其辐射和散射问题，而阵列天线作为最常用的天线形式其散射又有其自身的特点。鉴于天线隐身技术的实际需求，本项目主要研究了基于人造磁导体、全息表面、相位梯度表面、极化旋转反射面等电磁超表面在微带天线及缝隙阵列天线RCS减缩中的应用。在不影响天线辐射性能的同时，实现带内、宽带的RCS减缩。在此基础上，设计了同时具有高增益和低RCS的圆极化天线和F-P天线。课题执行期内，发表SCI检索期刊论文42篇，EI检索期刊论文3篇，国际会议论文13篇，申请发明专利17项，超额完成了课题预期要求。在取得的成果中，申请人在国际上首次提出基于极化旋转反射面的超宽带RCS减缩方法，和之前应用人造磁导体的宽带RCS减缩方法相比大大降低了设计难度，获得了国内外专家的广泛好评，论文发表之后于2017年计入ESI高被引论文。设计的超宽带高效率极化旋转反射面，将工作带宽从之前国际上最好的77%提高到126%，提出的加载覆层展宽带宽的方法被广泛应用。通过本课题的研究，形成了切实可行的低RCS阵列天线设计方案，为各种低散射阵列天线的设计提供了技术支持。