人工电磁结构天线罩改善天线辐射和隐身性能的研究

Various types of electromagnetic (EM) meta-structures with special properties can control EM waves precisely and freely, providing new ideas for improving radiation and stealth performance of antenna and radome. For urgent needs of radar antennas with high radiation and multiple spectra stealthy performances, based on mechanisms of controlling radiation and absorption of EM waves by different meta-structures, this project presents meta-structures-based techniques to realize side lobe reduction of array antenna, smart stealth radome based on tunable metamaterial absorbers and microwave-infrared bi-stealth radome. An adaptive infrared-microwave bi-stealth radome using meta-structures implemented by phase-change material is proposed further. The multi-functional integration and intelligent control methods of microwave absorbing, transmitting and infrared stealth studied in the project show broad prospects in smart stealth radome, which have great potential in multifunctional radar antenna applications.

人工电磁结构具有丰富的种类和奇异的特性，可对电磁波进行精准和自由地人为操控，为高性能雷达天线、天线罩和电磁隐身等技术发展提供了新的思路。针对雷达天线在辐射和多频谱隐身性能上的迫切需求，本项目根据不同特性的人工电磁结构对电磁波的辐射和吸收的机理，分别研究基于人工电磁结构天线罩降低贴片阵列天线副瓣、利用可调谐人工吸波结构实现智能隐身天线罩和基于人工结构实现微波/红外兼容隐身天线罩的方法。在此基础上，进一步研究基于相变材料的人工结构实现红外自适应和微波兼容隐身的方法。本项目研究的微波吸波、透波和红外隐身的多功能一体化实现和智能调控方法在雷达天线罩智能隐身技术中具有广阔的发展前景，在多功能雷达天线中具有潜在的应用价值。

本课题主要面向复杂电磁环境中面临的电子对抗，侦查，隐身与通信的应用，针对雷达天线对低副瓣辐射性能，低RCS隐身性能以及微波/红外兼容自适应隐身的需求，研究采用人工电磁结构天线罩来实现阵列天线辐射性能改善和隐身性能调控，寻找利用人工结构天线罩实现辐射与隐身性能兼顾，以及微波/红外双频谱自适应隐身的方法。主要研究内容包括：利用人工电磁结构天线罩抑制阵列天线副瓣；基于可调谐人工吸波结构的智能隐身天线罩；利用人工结构实现微波/红外自适应兼容隐身天线罩。针对以上研究内容，目前已取得以下结果：.1.研究并提出了基于介电常数近零材料实现天线辐射增强以及功率合成的理论方法。通过在电流源外部包裹具有合适的内外径尺寸的介电常数近零的外壳，可以实现10倍以上的辐射功率增强。.2.研究并提出了基于零折射率的边射漏波天线。通过采用光子晶体的狄拉克点出的近零等效折射率，将其加载于漏波天线的波导结构中，实现了天线主瓣方向随频率的扫描，且扫描角覆盖了边射方向。.3.研究并提出了基于超表面的具有光学透明，微波宽带隐身和选择性通信特性，以及红外隐身的多功能天线罩。通过采用透明的ITO薄膜，设计不同结构的超表面，分别实现了以上四个功能，成功解决了各个功能间存在的矛盾。.4.经过电路理论模型的推导，采用馈线内置的有源频率选择表面技术，设计并制备出一种兼具宽带隐身和通信频段可调谐功能的智能天线罩结构。 如何实现通信频段大范围可调而又不破坏原有的隐身性能，是困扰隐身天线罩研究领域多年的难题。该研究成果针对这一问题，首次提出了解决思路，促进了隐身和通信功能一体化技术的发展，有望应用于提升飞机舰船等军事装备的雷达隐身和保密通信功能。.5. 提出了一种基于相变材料的温度可控的开关型超表面，实现了对太赫兹波的宽带吸收和极化高效率转换两种功能的快速切换，提高了太赫兹多功能器件的集成度和可调性。