基于全息理论的宽角度扫描弹载共形天线研究

In the missile-borne radar system, how to realize conformal antenna with low-profile, high gain, and radiation pattern with wide angle scanning including missile warhead direction to improve the target recognition ability and guidance precision of missile is a challenging fundamental research project. It’s also an important project which needs to be solved urgently as the development of missile-borne radar system. The aim of the proposed project is to research high performance missile-borne conformal antennas with low-profile, low cross-polarization, easy to realize conformal structure, radiation pattern can be easily controlled, and no feed network features based on holographic antennas, including high efficiency and high precision of the electromagnetic properties analysis of conformal holographic artificial impedance surface antenna, the research on the design principle of conformal holographic artificial impedance surface antenna with different polarization, and the research on the design method of conformal holographic antennas with wide angle scanning including missile warhead direction. The law of the beam direction controlled by conformal holographic structures and the design principle of realizing different holographic structures on the same material will be investigated based on the holographic theory. By using theory analysis, electromagnetic simulation and experimental research, the project will provide the reliable theory basis, efficient and precision design method and experimentally validated optimal models for the design of conformal antenna of high performance missile-borne radar system.

在弹载雷达系统中，如何构建低剖面、高增益、包含弹头轴线端射方向的宽角度范围内进行波束扫描的共形天线，从而极大地提高导弹的目标识别能力和制导精度，是极富挑战性的基础性研究课题，也是弹载雷达系统发展亟待解决的重要课题。本项目旨在基于全息天线低剖面、低交叉极化、易于共形、目标辐射易于控制、无需复杂馈电结构等特性，研究高性能弹载共形天线，包括：高效高精度的共形全息阻抗调制表面天线电磁特性分析及电磁计算方法研究；不同极化的共形全息阻抗调制表面天线的设计原理研究；包含弹头轴线端射方向的宽角度范围内进行波束扫描的共形全息天线的设计方法研究。以全息理论为基础，研究共形全息结构控制波束方向的规律，探求在同一介质材料上动态实现不同全息结构的设计原理。通过理论分析、电磁仿真、实验研究，为用于高性能弹载雷达制导系统的共形天线设计提供可靠的理论依据、高效高精度的设计方法以及经过原理性实验验证的最佳结构模型。

在弹载雷达系统中，为了极大地提高导弹的目标识别能力和制导精度，天线设计面临如何在有限空间构建易于与弹体共形、低剖面、高增益、包含弹头轴线端射方向的宽角度范围内进行波束扫描天线的难题。基于全息原理，本项目实现了适用于弹载雷达系统的高性能共形天线，并探索了其高效、准确的可计算分析手段和量化设计理论。首先，研究了共形全息阻抗调制表面天线的电磁特性及电磁计算方法，对全息阻抗调制表面晶格单元的电磁特性进行了深入分析，建立了晶格单元物理尺寸与表面阻抗之间的映射关系，采用数值拟合的方式得到了金属贴片晶格单元物理尺寸与其表面阻抗之间的数学表达式，并在此基础上提出了增大表面阻抗变化范围的方法；其次，研究了不同极化的全息阻抗调制表面天线的设计原理，提出了基于不同金属贴片晶格单元的高增益低交叉极化的偏离法向辐射的线极化全息阻抗调制表面天线的实现方法，对全息阻抗调制表面天线在实现偏离法线辐射时主波瓣方向产生凹陷的物理机理进行了深入研究，提出了消除主波瓣凹陷的方法，对圆极化天线的工作原理进行了深入研究，提出了双频带双圆极化的全息阻抗调制表面天线的设计原理；然后，深入探索了包含弹头端射方向的宽角度范围内进行波束扫描的共形全息天线的实现方法，对多波束天线的工作原理进行了深入研究，并结合全息阻抗调制表面天线的自身特点，提出了多波束全息阻抗调制表面天线的实现方法，在此基础上，对共形天线的建模方法进行了深入研究，结合全息阻抗调制表面天线的电磁特性，提出了共形全息阻抗调制表面天线的实现方法，并提出了多波束共形全息阻抗调制表面天线的设计原理。项目通过理论分析、电磁仿真、实验研究为高性能弹载雷达制导系统的共形天线研究提供了坚实的理论与技术基础。