[发明专利]用于缩减雷达散射截面的天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及高阻抗表面，特别是一种利用高阻抗表面减缩雷达散射截面的天线，用于实现天线隐身。

背景技术

隐身与反隐身技术的对抗是雷达探测技术中的一个重要方面，隐身技术是研究如何降低目标被电磁波、声波、红外光和可见光等探测系统发现能力的各种技术的总称，其中，针对电磁波的雷达隐身技术是重点。雷达散射截面RCS是目标在平面波照射下，给定方向上返回散射功率的一种量度，是雷达探测技术、隐身和反隐身技术中表征目标可识别特性的重要参数。RCS减缩的目的就是控制和降低探测目标的雷达特征，从而降低对方电子探测系统的探测能力和作用距离，提高我方目标的突防能力和生存能力。对于隐身平台而言，对其总RCS贡献最大的是平台上的天线，因此降低天线系统的RCS成为目前隐身技术中的一个关键技术课题。天线RCS减缩技术成为目前隐身技术的难点和各国学者研究的一个热点。

要求天线系统只辐射和接收我方雷达波，而不反射和散射对方探测雷达波，是很难解决的一个矛盾。目前国内外的研究，往往是根据实际要求，在一定的时域、空域和频域范围内，尽量缓和这种矛盾。因此，天线系统的隐身途径主要分为以下三个大的方面：

(1)时域隐身。在雷达不工作时设法将天线隐藏起来，而在雷达开机前将天线恢复到正常工作状态，从而实现分时制的天线系统隐身。但是，在雷达开机时就完全失去了隐身能力。

(2)空域隐身。利用斜射式行波天线阵，将天线倾斜放置，从而使其结构模式项散射的峰值移出水平方向，而其最大辐射方向可通过幅相控制仍然保持在水平方向，并通过良好的匹配来减小阵列的天线模式项散射，实现水平方向较为有效的隐身效果。但是，其在水平方向以外区域不能隐身，并且会导致增益损失。

(3)频域隐身。通过改变天线外形、采用雷达吸波材料、无源对消技术和有源对消技术实现RCS减缩，其中最常用的和最为有效的是前两种。由于低RCS隐身外形设计的理论基础是高频散射的几何光学近似，因而在高频段其很有效，但在低频段，当天线尺寸与雷达工作波长差不多甚至更小时，改变外形对RCS的影响很小，甚至会增强RCS，而且会在一定程度上恶化天线的辐射性能。雷达吸波材料RAM分为涂敷型和结构型两种。由于涂敷型RAM的大量使用会导致天线辐射退化、重量增加、结构强度降低，因而结构型是RAM发展的一种趋势。根据吸波机理的不同，结构型RAM又分为电吸收材料和磁吸收材料。但是电吸收材料往往尺寸较大，而磁吸收材料则会较大程度增加天线的重量，且结构型RAM技术含量高，因而会大幅增加设计成本。对于带外雷达的隐身，目前的研究很多，例如利用一种称为频率选择表面FSS的结构型RAM来制作天线罩，将频带内的微波能量辐射透过，而将带外的功率斜向反射，从而达到天线带外RCS减缩的目的，但这类方法常常需要根据实际的外形设计复杂的共形天线罩，并给天线与天线罩之间留出一定距离，因而体积、重量和成本增大，常与设计要求相矛盾，而且减缩性能会受到安装误差的影响而不稳定，对同频带同极化的威胁雷达波无能为力，使得要在天线工作频带内对相同极化的威胁雷达波实现隐身极其困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种减缩天线雷达散射截面的高阻抗表面结构，以在保证天线的体积和重量不变的情况下，实现对垂直入射的带内和带外同极化雷达波的隐身。

本发明的目的是这样实现的：

1.技术原理

光子晶体结构，是指具有光子带隙的人工周期结构，当把这种结构应用于微波与毫米技术波领域时，称之为电磁带隙EBG结构。电磁带隙结构有两个带隙：表面波抑制带隙和同相反射相位带隙。前者指的是当表面波频率落在电磁带隙结构抑制带隙内时，表面波将无法在电磁带隙结构表面传播；后者指的是当入射波频率落在电磁带隙结构同相反射相位带隙内时，反射波的反射相位为零度。在应用电磁带隙结构同相反射相位带隙时，称该结构为高阻抗表面HIS结构。由于同相反射相位是空间入射波与反射波的特性，因此可以将高阻抗表面应用于电磁散射领域，实现天线雷达散射截面减缩。

2.技术方案