阻抗加載對(duì)微帶天線輻射和散射的影響

1、阻抗加載對(duì)微帶天線輻射和散射的影響        摘要：計(jì)算了阻抗加載對(duì)微帶天線RCS的影響，以及加載不同阻抗時(shí)天線的輻射性能。結(jié)果表明，阻抗加載主要降低天線帶內(nèi)RCS。適當(dāng)?shù)淖杩辜虞d能有效降低天線RCS，同時(shí)還能保證天線的輻射性能。     關(guān)鍵詞：微帶天線；RCS；RCSreduction；阻抗 1引言微帶天線尺寸小、重量輕、成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以和其他物體共形，在飛行器低RCS天線應(yīng)用中具有廣闊的前景。到目前為止，對(duì)微帶天線已經(jīng)提出了各種各樣的RCS減縮方法。天線RCS分為結(jié)構(gòu)項(xiàng)

2、和模式項(xiàng)1，前者由天線的實(shí)際物理結(jié)構(gòu)決定，后者由天線終端阻抗失配造成能量的再輻射引起。微帶天線諧振頻率點(diǎn)將出現(xiàn)RCS峰值。一般來說，天線RCS減縮方案都將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。另外，天線的性能，比如說增益，也會(huì)有所降低。Jackon2提出增加介質(zhì)板損耗和覆蓋損耗介質(zhì)降低RCS的方法。天線RCS跟天線輻射效率和增益平方成正比，雖然這種方法能有效降低微帶天線的RCS，但是這是以降低天線輻射效率和增益為代價(jià)，損耗太大，將導(dǎo)致天線不能正常工作。分布式電阻加載34可以在很寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)RCS的減縮，但是僅僅計(jì)算了貼片的RCS減縮效果，并沒有計(jì)算在加載之后天線的輻射性能。在微帶天線4個(gè)角上加載電阻，雖然R

3、CS減縮幅度很大，但是計(jì)算表明，這種情況下天線已經(jīng)不能有效輻射電磁波了。在考慮微帶天線RCS減縮的同時(shí)，必須考慮天線的輻射性能，否則即使實(shí)現(xiàn)RCS大幅度減縮，但是已經(jīng)不能作為天線使用，也是不實(shí)際的。    本文計(jì)算了阻抗加載對(duì)微帶天線RCS的影響，同時(shí)計(jì)算了對(duì)應(yīng)情況下天線的輻射性能。計(jì)算結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)淖杩辜虞d能有效降低天線帶內(nèi)RCS，同時(shí)仍能保證天線的輻射。2基本理論設(shè)貼片表面為S，平面入射電場(chǎng)為，貼片表面感應(yīng)電流為，則總場(chǎng)：  方程(2)就是關(guān)于貼片表面電流的電場(chǎng)積分方程，把未知電流展開：   其中：分量的矢量展開模式，In是N個(gè)

4、未知系數(shù)。用矩量法，選擇相同的基函數(shù)和檢驗(yàn)函數(shù)，由方程(2)可以得到一個(gè)線性方程組：      Zi=V       (4)其中：I是長(zhǎng)度為N包含方程(4)中的未知系數(shù)的電流列矢量，Z是N×N元的阻抗矩陣，V是長(zhǎng)度為N的激勵(lì)列矢量。Z和V的典型表達(dá)式為：    其中：輻射的電場(chǎng)，積分域是微帶貼片的表面。Zmn的具體表達(dá)式由文獻(xiàn)59可得。計(jì)算得到了貼片表面電流，就可以得到天線的散射場(chǎng)。    單站RCS公式為：

5、0; 3計(jì)算結(jié)果正方形微帶貼片尺寸為：L×W20×20 mm2，介質(zhì)參數(shù)：厚度h07874 mm，r233，激勵(lì)為60°，45°的極化的平面波。在貼片的左下角(95，95)，分別加載300，50，10電阻，計(jì)算比較頻域單站RCS。結(jié)果如圖1所示。 從圖1可以看到，阻抗加載主要能實(shí)現(xiàn)天線帶內(nèi)RCS減縮。加載300阻抗時(shí)，RCS只是在諧振點(diǎn)有所下降，在整個(gè)頻段上并沒有多大的變化，加載50，在整個(gè)頻段上RCS均得到很好的減縮，諧振點(diǎn)附近RCS降低至少18個(gè)dB，而10加載，RCS峰值點(diǎn)已經(jīng)偏移到了55 GHz，并且減縮效果不如50加載效果好。也就是說，加載50

6、時(shí)，比值下降最大。微帶天線必須首先保證輻射性能，這里主要考慮在加載之后，天線輻射效率和增益的變化。上述微帶天線理論諧振頻率為48 GHz，實(shí)際測(cè)量頻率為4785 GHz。如表1所示。4結(jié)語本文計(jì)算了阻抗加載對(duì)天線輻射和散射性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明，阻抗加載主要降低天線帶內(nèi)RCS，通過適當(dāng)?shù)淖杩辜虞d能有效地降低天線RCS，同時(shí)還能保證天線的輻射性能。這種方法對(duì)降低天線的RCS是有效且實(shí)際的。參考文獻(xiàn)1Hansen RCRelationships between antennas as sca tters and as radiatorsJprocIEEE，1989，77：659-6622Jack

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