具有带外吸波特性的频率选择表面研究

With the development of stealth technology, the radar antenna system has become a strong scattering source on various kinds of platforms. Frequency selective surface (FSS) has been adopted to reduce the radar cross section (RCS) of antenna system out of its frequency band. Integrated with antenna radome, the curved surface geometry enable it to reflect the incident radar signal to the other direction so as to reduce the RCS in the backward direction. However, this is accompanied with the increase of RCS in other direction, which makes the target is detectable by multi-base detecting system. Therefore, in this project, we will investigate a novel FSS structure with absorptive property. This FSS can absorb the out-of-band incident siganl while keeping the pass-band transparent to the antenna system inside the radome. Thus, a RCS reduction in the whole space could be obtained. Meanwhiel, the new FSS pocess the similiar structure and manufaturing method to the traditional FSS structure, keeping the radome nearly unchanged. The project will focus on the study of the FSS pass-band, out-of-band absorption, integration of transmission and absorption properties and its application in radar antenna stealth design. Finally, a prototype will be presented and measured.

随着隐身技术的发展，雷达天线系统成为载体平台上的强散射源，频率选择表面(FSS)是实现天线带外雷达散射截面（RCS）减缩的有效方法。FSS与天线罩集成，利用其曲面外形将敌方雷达来波反射到其它方向，以降低鼻锥方向的RCS。但是这种降低只在鼻锥方向的一定区域内有效，而其它方向上RCS甚至会增加，使目标易被多基地探测系统发现。因此，本项目提出研究具有吸波特性的新型FSS结构，实现在天线工作频带内透明，电磁波可以无遮挡传播；在天线工作频带外，电磁波被有效吸收。和传统的FSS天线罩隐身技术相比，新型吸波FSS可以保证天线在任何方向都不会出现强的散射。同时其基本结构和制备方法与FSS天线罩一样，可以保持原天线罩的外形、气动和机械性能。项目将重点研究FSS通带设计、带外吸波特性、吸波/透波一体化设计以及在天线隐身中的应用等内容，并最终完成原理验证样机进行性能测试。

随着隐身技术的发展，雷达天线系统成为载体平台上的强散射源，频率选择表面(FSS)是实现天线带外雷达散射截面（RCS）减缩的有效方法。FSS与天线罩集成，利用其曲面外形将敌方雷达来波反射到其它方向，以降低鼻锥方向的RCS。但是这种降低只在鼻锥方向的一定区域内有效，而其它方向上RCS甚至会增加，使目标易被多基地探测系统发现。本项目提出了吸波/透波一体化FSS理论与设计，能够实现在天线工作频带内透明，电磁波低插损透过；在天线工作频带外，电磁波被有效吸收。ATFSS的带外吸波特性能够降低全方位的电磁散射，应用在隐身天线罩时可以实现全空域的雷达散射截面（RCS）减缩，在天线隐身技术领域具有重要的理论与应用价值。.本项目首先提出了基于等效电路理论的吸波/透波一体化频率选择表面（ATFSS）分析与设计方法。结合微波网络和传输线理论，通过等效电路分析推导了ATFSS分别实现吸波和透波的阻抗条件，即吸波要求与空间波阻抗匹配，而低插损透波要求阻抗表面层的等效阻抗接近无穷大。针对该矛盾，提出了在ATFSS阻抗表面层的等效电路中引入并联LC谐振电路以在不同频段分别满足吸波和透波阻抗条件。本项目提出了加载带线型并联LC谐振结构的透波阻抗表面层设计方法，并实现了高频透波/低频吸波ATFSS结构设计，这种具有局域谐振特性的谐振结构具有极小的电尺寸，可等效为准集总元件电路，具有非常稳定的谐振频率并因此实现了角度稳定性极佳的低插损透波窗口设计。本项目针对实际应用中宽带透波需求，研究了具有宽带透波特性的ATFSS设计理论及方法。为了在宽频带满足透波阻抗条件，要求谐振结构应具有较大的等效电感，提出了在六边形阻抗表面单元中加载螺旋谐振结构的具有宽带透波窗口的阻抗表面层，并实现了具有高频宽带透波和低频宽带吸波特性的ATFSS结构设计。提出了加载交指谐振结构的中频透波阻抗表面设计，并实现了中频透波/两侧吸波ATFSS设计，其阻抗表面在两侧频带都满足阻抗匹配条件，同时在中频实现低插损透波。设计的ATFSS结构均进行了实验测试，验证了其吸波和透波特性。