宽频宽角平面频选天线罩的研究与应用

发布时间：2020-08-28 09:25

　　随着信息化战争概念的兴起,信息的筛选、加密以及隐身技术越来越重要。在这种情况下,具有频率选择功能的频选天线罩在军事上得到了广泛应用。频选天线罩作为空间滤波器,其在一定角度域内对特定频率的电磁波具有选择特性,且同时还可以降低天线的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)。本文围绕具有宽频带、宽角度特性的平面频选天线罩做了以下工作:首先,通过应用电磁波在多层介质分界面的全透射、全反射以及电磁波在多层介质中的多重反射特性,分析研究了电磁波在多层介质天线罩中的传播特性。在此基础上,设计了在通带和阻带均具有宽频带特性,且通带低插入损耗的两种双层频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)。通过仿真分析了FSS各个结构参数对其电性能的影响,并实现了在通带频带范围内低插入损耗,宽角度特性,在阻带频带范围内实现宽角度宽频带抑制的特性,其后制作了相应实物并进行了测试验证,测试结果与仿真结果相符。随后,将频选天线罩和单个天线单元进行联合仿真,通过对比天线在加载频选天线罩前后的方向图分析频选天线罩对天线的影响,并利用阵列综合仿真分析了频选天线罩对16×16均匀阵列方向图增益、各角度指向、波瓣宽度的影响。之后分析了天线与天线罩集成距离对天线辐射特性的影响。并通过实验验证加载有频选天线罩的阵列天线在各扫描角度下主波束指向偏移和波瓣宽度变化。之后使用矩量法对频选天线罩进行了RCS计算,利用解析公式和快速多极子算法计算了相同面积金属板的RCS,并对频选天线罩和金属板的RCS进行比较;接着分析对比了天线加载频选天线罩前后的RCS,验证了频选天线罩降低天线RCS的作用。最后,研究了对通带进行匹配的频选天线罩的两种方法,一种是通过介质加载的方式对带阻FSS进行通带匹配;另一种是通过感性金属栅格对带阻FSS进行通带匹配。一方面对比分析加载和不加载介质匹配层FSS的通阻带特性,验证加载介质匹配层对FSS通带的匹配作用。另一方面通过分析研究非谐振单元FSS的工作机理,设计了两款非谐振单元频选天线罩。其后对比这两款非谐振单元FSS加载和不加载金属栅格的通阻带特性,验证了金属栅格层对FSS通带的匹配作用。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN820.81
【部分图文】：

宽频宽角平面频选天线罩的研究与应用

9吩梅)

多层介质,透射率,广义反射系数

(2.3.18)分别就入射角为 0п、30п、60п时的电磁波进行广义反射系数的理论计算，并通过广义反射系数计算出该多层介质结构的透射率，如图 2.3.6 所示。(a) (b)图 2.3.6 多层介质结构透射率(a)TE 波；(b)TM 波由于这种计算方法主要针对无耗理想多层介质，因此计算出的反射系数和透射系数与实际有耗介质有些偏差。在此基础上，利用高频仿真软件 HFSS 对该多层介质进行多角度宽频带仿真，得出该多层介质的整体透射率如图 2.3.7 所示。

透波,阻带,通带,系数

R=s/4R=s1/4(a) (b)图 3.1.1 频率选择表面复合十字组合结构模型 (a)上层；(b)下层将上述 FSS 屏加载到多层介质结构上，如图 3.3.1(b)所示，便构成了频选天线罩单元结构，该结构从上到下分别为外蒙皮层、金属 FSS 屏上层、介质基板层、支撑介质层、FR4 层、金属 FSS 下层、外蒙皮层。其中上下蒙皮厚度为 0.44mm，相对介电常数为 3.2；中间支撑介质厚度为 18mm，相对介电常数为 1.1；介质基底厚度为 0.2mm，相对介电常数为 4.4。3.1.2 复合十字结构单元参数分析

【参考文献】