共形人工电磁表面设计与实现文献综述

 2022-10-27 10:10

文献综述(或调研报告):

研究本课题主要需要学习两部分内容,一是学习共形天线阵列设计理论,主要是在圆柱形表面共形天线的分析方法,二是学习人工电磁表面的理论,学习散射控制方法。

  1. 共形天线阵列设计理论

近年来,例如飞机、火箭、卫星等各种先进的飞行器为了获得更高的武器性能,它们所携带的天线有了更高的要求。传统的经典天线与载体吻合时,其天线性能会发生较大变化,同时为了减少天线对飞行器气动力学的影响,以及避免由天线安装位置上产生的天遮遮挡、电磁兼容等一系列问题,可通过将天线与载体共形来解决这些问题。

共形天线阵列是一种主要由气动力学特性或者流体力学特性决定形状的天线阵列,相比于线阵是由天线单元排列在直线上组成的,平面阵是由天线单元排列在平面上组成的,共形天线阵列则是由天线单元排列在共形体上组成的。它的优点有与载体表面共形,低剖面,不影响载体的空气动力学性能;降低雷达散射面积,可以提高飞行器的隐身性能;充分利用载体表面空间,节约空间;提高增益,可提供宽角扫描等。但由于共形载体结构的影响,单元指向不一样,天线的方向图分析与综合变得复杂;其特定的共形结构使得馈电网络的设计与实现也变得复杂。

关于共形表面,常见的结构有柱面阵、锥面阵、球面阵、二次曲面阵等。[1]研究的是柱面,考虑到圆柱体是常见的飞行器载体。[6][7]研究的为锥台共形天线,[8]研究的为球面上的自适应相位补偿共形天线,但理论上可以推广至可计算曲率半径的任意二维弯曲曲面,[2]中天线在内部与弹头共形。[3]研究了任意曲面共形阵列的远场计算公式体系,并提出了将大型阵列化为中小型阵列的计算方法。

关于天线形式的选择,文献中大多研究了微带天线。微带天线是辐射贴片覆于带有导体接地板的介质基片上形成的一种天线,通过辐射贴片的四周边缘与接地板之间的缝隙激励射频电磁场而向空间中辐射。微带天线具有重量轻,体积小,低剖面,低成本,极化易控制,易与载体共形等优点,非常适合用于共形天线的设计。文献[1][2][5][6]均研究了微带天线的基本理论和分析方法。

关于馈电网络,其设计直接决定着整个天线阵的天线性能,设计原则是满足各单元天线所需求激励幅度和相位,根据输出功率比可以把功率分配器分成等分功率分配器和不等分功率分配器。根据电路形式可以把功率分配器分成波导和同轴线结构,带状线或微带线结构的功分器。根据馈电方式可以把功率分配器分成串联馈电、并联馈电、空间合成馈电、反射阵面馈电和喇叭馈电等。[8]中采用的是对称的同轴线传输16路功分器,[1]中采用的是一分七微带线分支网络。

  1. 人工电磁表面

新型人工电磁材料是由亚波长尺寸的人工单元结构排列组成的材料,相比于传统材料而言,有着不同寻常的性质,这种差别主要体现在它的电磁特性和结构实现上。

电磁材料的参数通常可以用介电常数ε和磁导率mu;来描述。但自然界中存在的介质材料种类非常有限,其介电常数和磁导率都是定值,难以改变。大部分材料的磁导率为,介电常数大于。而在自然界中ε和mu;一正一负的材料十分少见,而ε和mu;都小于0的自然材料几乎不存在。

根据可以看出在如果mu;、ε都大于0,那么k为实数,电场磁场和波矢量构成右手系统,这样的媒质称为右手媒质。

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