低RCS频率选择表面的分析与实现

发布时间：2020-04-29 22:11

【摘要】：频率选择表面是人工电磁表面的其中一种。按二维周期排列的较大数量的相同单元形成的平面结构(单层或多层)就称为频率选择表面。其响应特性为频率的函数,入射电磁波照射在其表面时,某些频带可完全通过,但另一些频带的电磁波则会出现全反射的现象,在开放空间内可起到电磁滤波器的功能。本文首先介绍了频率选择表面的由来、发展动态及其发展前景,并介绍了与频率选择表面类似的二维周期结构在现阶段电磁场领域里面的其它应用场景。接下来,第二章阐述了频率选择表面的基本原理。对其入射角稳定性、交叉极化特性、介质层对频率选择表面的影响、单元间隔、单元结构、栅格排列方式等方面进行了原理分析和探讨。再然后,本文第三章详细的介绍了对带通型频率选择表面方面的研究,对如何避免高频通带毛刺提出了解决办法和数值仿真验证,采用亚波长周期结构以及纵向级联实现LC网络的方式,消除了高频通道毛刺,并且由于亚波长结构尺寸小,容易周期排列,从而解决了低频带通频率选择表面的设计难题,得到了较好的设计效果。最后,本文尝试采用开关二极管实现了基于可重构思想的可重构频率选择表面的分析和设计工作,该部分最大的核心在于合理地考虑二极管的电路模型,其对实际频率选择表面的LC等效模型有较大影响,会使得原始模型频率发生变化等。本文最终实现了当开关断开时候实现带通滤波,开关接通时全频段阻波的效果。
【图文】：

（a）SR-71 侦察机 （b）F-117 隐身轰炸机图 1-1 早期典型隐身飞机根据雷达方程，在雷达发射功率和接收机灵敏度一定的情况下，雷达探测距离的远近与被探测目标的雷达散射截面（Radar-Cross Section RCS）的四次方根成正比。因此，对平台 RCS 的缩减显得尤为重要，一些经过特殊设计的高隐身特性的平台的 RCS 都比较低，如 F-117 的雷达散射面积仅为-15dBsm 左右，而 F-22 的雷达散射面积约为-10dBsm。这些隐身飞机的雷达散射面积与未采取隐身设计的飞机相比有数量级的降低，比如早期的 F-15 的雷达散射面积是 F-22 的 60~80 倍。根据雷达探测原理，当目标 RCS 缩减 80 倍时，雷达探测距离将所见为原来的三分之一。由此可见，，武器平台隐身性能的重要性。美国一直走在平台隐身性能研究设计领域的世界前列。先后研制了 SR71 侦察飞机和 F117 轰炸机，后续更是推出来具有绝对制空权的诸如 F-22、F-35 战斗机，以及更为先进的 B2 轰炸机。如图 1-所示，以 F-22 和 B-2 为代表的隐身飞机均采用了机翼和机身融合的设计方式，提

根据雷达方程，在雷达发射功率和接收机灵敏度一定的情况下，雷达探测距离的远近与被探测目标的雷达散射截面（Radar-Cross Section RCS）的四次方根成正比。因此，对平台 RCS 的缩减显得尤为重要，一些经过特殊设计的高隐身特性的平台的 RCS 都比较低，如 F-117 的雷达散射面积仅为-15dBsm 左右，而 F-22 的雷达散射面积约为-10dBsm。这些隐身飞机的雷达散射面积与未采取隐身设计的飞机相比有数量级的降低，比如早期的 F-15 的雷达散射面积是 F-22 的 60~80 倍。根据雷达探测原理，当目标 RCS 缩减 80 倍时，雷达探测距离将所见为原来的三分之一。由此可见，武器平台隐身性能的重要性。美国一直走在平台隐身性能研究设计领域的世界前列。先后研制了 SR71 侦察飞机和 F117 轰炸机，后续更是推出来具有绝对制空权的诸如 F-22、F-35 战斗机，以及更为先进的 B2 轰炸机。如图 1-所示，以 F-22 和 B-2 为代表的隐身飞机均采用了机翼和机身融合的设计方式，提升了平台的隐身性能。在伊拉克战争以后，有一定军事实力的国家均意识到平台隐身性能的重要性，都加紧研制自己的隐身飞机。如我国研制的 J-20，俄罗斯新研发的 T-50 隐身飞机等。此外，基于隐身飞机在空战中的优势，巡航导弹、海面舰船等武器平台也被要求具有一定程度的隐身特性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：E11

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李波;章一雄;张万平;汤一铭;薄亚明;;基于缝隙单元的3D多模频率选择结构研究[J];微波学报;2018年01期

2 覃凤;;频率选择表面基本理论及其应用研究[J];电子技术;2018年07期

3 许媛;;频率选择表面天线罩研究现状与发展趋势[J];科技创新导报;2017年19期

4 刘小明;俞俊生;陈晓东;;太赫兹波段频率选择表面的设计与测试[J];太赫兹科学与电子信息学报;2015年06期

5 黄惠芬;张少芳;;使用新型频率选择表面反射板来提高超宽带天线的性能[J];新型工业化;2013年12期

6 刘国盛;田辉;;频率选择表面研究与设计[J];现代防御技术;2013年03期

7 王立超;张强;冯晓磊;;宽带多屏频率选择表面的设计研究[J];现代雷达;2012年08期

8 邓鹤栖;黄建;;应用于频率选择表面的等效电路分析的新方法[J];微波学报;2012年S1期

9 经纬;魏兴昌;戴高乐;;一种新型小尺寸宽带的频率选择表面设计[J];微波学报;2012年S2期

10 孙艳军;董连和;陈宇;冷雁冰;;频率选择表面的分析方法和仿真技术研究[J];红外;2010年03期

相关会议论文 前10条

1 罗国清;;三维频率选择表面研究[A];2018年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2018年

2 刘明吉;姜文;龚书喜;;基于六边形环状结构的双频段频率选择表面[A];2016年全国军事微波、太赫兹、电磁兼容技术学术会议论文集[C];2016年

3 马晓宇;张胜辉;杨红乔;蒿连亮;;频率选择表面的特性研究[A];2015年全国微波毫米波会议论文集[C];2015年

4 王相平;宋逸超;谭康伯;梁昌洪;;改进型双带小型化频率选择表面设计[A];2013年全国微波毫米波会议论文集[C];2013年

5 沈仁强;;10/15GHz双屏频率选择表面的分析与设计[A];2009年全国天线年会论文集（下）[C];2009年

6 高强;闫敦豹;袁乃昌;付云起;;频率选择表面的有限元分析[A];2005'全国微波毫米波会议论文集（第三册）[C];2006年

7 姜荣;逯贵祯;张锋;李艳霏;;螺旋结构频率选择表面的吸波特性研究[A];第二十届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2010年

8 张桐;李宛露;杨国辉;;利用3/2维分形方形的频率选择表面的特性研究[A];2010年全国电磁兼容会议论文集[C];2010年

9 李珂;李旭蕾;侯新宇;张澎;;可重构微单元频率选择表面结构的分析与设计[A];2011年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2011年

10 闫旭辉;左炎春;;基于频率选择表面的陀螺仪偏角测量方法[A];2016年全国军事微波、太赫兹、电磁兼容技术学术会议论文集[C];2016年

相关博士学位论文 前10条

1 历园园;小型化频率选择表面及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

2 寇娜;频率选择超构表面理论及其在孔径成像系统中的应用研究[D];西安电子科技大学;2018年

3 张坤哲;有源频率选择表面技术及应用研究[D];西安电子科技大学;2018年

4 左钰;新型三维频率选择结构的研究[D];南京大学;2013年

5 张建;有限大频率选择表面及其在雷达罩上的应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

6 李永久;宽带平面反射阵和多层频率选择表面研究及其应用[D];西安电子科技大学;2015年

7 郑书峰;频率选择表面的小型化设计与优化技术研究[D];西安电子科技大学;2012年

8 徐欣欣;频率选择表面吸波特性的直接图解法分析与优化设计[D];华中科技大学;2013年

9 张谅;基于有源频率选择表面的电扫描天线研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

10 方春易;厚屏频率选择表面设计及工艺研究[D];长春理工大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 郑万清;低RCS频率选择表面的分析与实现[D];电子科技大学;2018年

2 徐晓鹏;小型化双频带阻频率选择表面研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

3 刘烨树;基于三角/正交排布微环网栅的透明频率选择表面研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

4 盛夕琛;多频段频率选择表面FSS的设计与实现[D];南京信息工程大学;2018年

5 孙荣荣;小型化双边陡降频率选择表面的设计与研究[D];杭州电子科技大学;2018年

6 葛晋群;基于方同轴的三维频率选择结构研究[D];南京师范大学;2018年

7 周子涵;双红外带通频率选择表面滤波机理研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

8 梁智铭;宽带电控频率选择表面的研究与设计[D];哈尔滨工业大学;2018年

9 刘伟;基于频率选择表面的极化转换器设计[D];南京信息工程大学;2018年

10 陈程;电磁场周期结构模式匹配方法的研究[D];南京邮电大学;2018年

本文编号：2645053