[发明专利]改进Salisbury屏幕及UHF雷达频谱搬移方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达隐身系统领域，特别涉及一种改进Salisbury屏幕及UHF雷达频谱搬移方法。

背景技术

为了提高雷达隐身系统目标检查与跟踪的准确性，往往在信号处理模块加载了先进算法，并采用灵活的频谱策略及高性能高带宽的射频系统，目的是在较低的雷达散射截面(Radar Cross-Section,RCS)下识别并跟踪远距离目标。目前，雷达的频率范围已从8-12GHz(X频段)、12-18GHz(Ku频段)扩展至2-18GHz，因此需要提出能工作在低段高带宽的材料进而设计雷达吸波器。UHF(300MHz～3000MHz)雷达利用电波波长相对较长的特点，可以探测移动目标的距离、速度、角度等特征，被广泛应用于战略预警的陆、海、空各类探测系统中。在该频段上传播的雷达信号具有来波方向灵活、带宽较大(>20％)、极有可能采用多频点或调频、波形采用线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)等特点。因此，当UHF电磁波在通常的电磁材料中传播时，介电常数和磁导率固定、相关参数为正，因而无法灵活地改变系统的电磁特性，这对隐身系统雷达吸波器的设计带来了巨大挑战。近年来，各种人工复合材料被用于制造超薄宽带雷达吸收器。其中，电磁超材料是一种具有介电常数和磁导率人为可控、各参数可正可负的新型复合电磁材料，能用于设计雷达吸波材料(Radar absorbing materials,RAM)，而基于电磁超材料的频谱搬移是实现雷达吸波器结构设计的关键技术。

近年来，随着电磁超材料的兴起，我们可以利用电磁超材料电磁特性的可控性，设计出一种频谱反射调制板，使照射在板面上的电磁波的电磁特性改变。相比传统的反射调制板，即Salisbury屏幕，该屏幕由接地介质上放置一层电阻层构成，该屏幕在频率选择表面(Frequency selective surface,FSS)的基础上增加电阻层和金属接地层，进而实现对大带宽多方向来波的频谱搬移。Salisbury屏幕要么仅有一层频率选择表面结构，要么其工作频率与自由空间阻抗层与后板(良导体)间的距离有关系，不适合大带宽多方向的来波信号。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于改进的Salisbury屏幕及UHF雷达频谱搬移方法，降低屏幕的工作频点，增加工作带宽，同时还可以大大缩小屏幕的厚度，提高相位调制屏幕的适用范围；该屏幕有助于减缩雷达反射截面材料，实现对超薄宽带雷达吸收器结构的设计。

一种改进的Salisbury屏幕，所述Salisbury屏幕由可调FSS、介质间隔层和金属接地层，所述可调FSS包括电阻层，所述电阻层上加载一层负感抗。

进一步地，Salisbury屏幕的反射系数为：

TE波的反射系数为：

TM波的反射系数为：

其中，R为电阻层的电阻，d为介质厚度，ε_r为相对介电常数，μ_r为介质的磁导率，θ为入射波与屏幕法线方向的夹角，Y₀为自由空间的电导，β是传播常数。

优选地，TE波的反射系数的趋近于零，包括：

对于TE极化雷达来波，当在较低频率，即传播常数较小，为使反射系数为0，需满足：

且

一种基于Salisbury屏幕的UHF雷达频谱搬移方法，包括：

根据Salisbury屏幕的特性，计算TE波和TM波的反射系数；

求解出使TM波的反射系数趋近零的电感值。

为了使TE波的反射系数趋近零，适用于较大带宽，在Salisbury屏幕的电阻层加一层负感抗层，求解出最优匹配下的电感值。

优选地，所述Salisbury屏幕的反射系数为：

TE波的反射系数为：

TM波的反射系数为：

其中，R为电阻层的电阻，d为介质厚度，ε_r为相对介电常数，μ_r为介质的磁导率，θ为入射波与屏幕法线方向的夹角，Y₀为自由空间的电导，β是传播常数，L为电感，ω为角频率。

优选地，加载的负感抗能使双极化雷达来波在较大带宽下匹配：

对于TE波，当在较低频率，即传播常数较小时，趋近于0时，约为此时：