物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 64, No. 8 (2015) 084101
基于宽带吸波体的微带天线雷达散射截面
缩减设计
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李文惠 张介秋
†
屈绍波 袁航盈 沈杨 王冬骏 过勐超
(空军工程大学理学院, 西安 710051)
( 2014 年 9 月 20 日收到; 2014 年 10 月 26 日收到修改稿 )
利用加载集总电阻的方式设计出一种极化稳定且宽入射角的宽带超材料吸波体 (wide-band metamate-
rial absorber, WBMA), 在平面波垂直入射时, 其吸波半波功率带宽达 12.7 GHz, 吸波率大于 90% 的带宽达
10.42 GHz, 峰值吸波率达 99.9%. 将其与微带天线共基板共接地板的方式加载, 制备出 WBMA 微带天线, 实
现了天线宽频域内雷达散射截面 (radar cross section, RCS) 大幅缩减. 仿真与实测结果表明: 将 WBMA 加
载于微带天线后, 天线的前向增益提高了. 53 dB, 整体辐射特性基本保持不变; 在不同极化波下, 天线的工作
频带带内和带外等宽频域 (6.95—17.91 GHz) 内的单站 RCS 缩减大于 3 dB 以上, 最大缩减值达 21.2 dB; 在
天线的中心频点 8 GHz 处 ±48
◦
的宽角域内, 双站 RCS 缩减效果明显, 很好地实现了天线的宽频域大角度的
隐身设计.
关键词: 宽带超材料吸波体, 微带天线, 雷达散射截面缩减
PACS: 41.20.Jb, 84.40.Ba, 73.20.Mf DOI: 10.7498/aps.64.084101
1 引 言
2002 年, Engheta
[1]
基于超材料的奇异特性首
次提出了 超材 料吸 波体 的设 计理 念. 时隔 6 年,
Landy 等
[2]
根据超材料的电磁谐振特性, 首次成功
制备出一种基于超材料媒质的 “完美超材料吸波
体”, 其吸波峰值接近 100%, 从而引起了国内外研
究人员的极大兴趣. 随着研究的不断深入, 各种极
化稳定
[3,4]
、宽入射角
[5,6]
、双频/多频带
[7,8]
和宽频
带等
[9,10]
特性的超材料吸波体相继被提出, 并被作
为一种新型雷达吸波材料而广泛应用于探测器、目
标隐身及天线雷达散射截面 (radar cross section,
RCS) 缩减设计等
[11−14]
.
微带天线由于具有低剖面、体积小、重量轻、
方便加工且易于共形等优点
[15]
而被广泛运用于飞
行器的通信系统中, 然而作为信号的发射与接收
装置, 天线的辐射却大大增加了飞行器的 RCS, 从
而降低了飞行器的隐身性能. 因此, 如何缩减天线
的 RCS 成为了飞行器隐身设计的关键
[16−18]
. 刘
涛等
[19]
首次提出了一种交叉缝隙结构的完美吸波
体, 通过将吸波体粘贴在波导缝隙天线四周, 利用
吸波体的吸波频带与天线的工作频带重合特性, 实
现了天线的带内 RCS 缩减. 随后, 研究人员相继设
计出各种单一频带的吸波体, 并分别加载于微带天
线及倾斜波束天线
[20,21]
四周, 成功实现了天线带
内 RCS 大幅缩减. 然而, 上述文献中所提到的吸波
体由于其吸波频带均较窄, 与天线共形后 RCS 缩
减范围也都仅局限于天线的工作频带范围内. 同
时, 文献中的吸波体均采用人工胶粘贴敷的方式与
天线共形, 工艺复杂且容易引入人为误差. 因此,
如何同时实现天线工作频带带内与带外等宽频域
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国家自然科 学基金 (批准号: 61331005, 61471388, 11204378, 11274389, 11304393, 61302023)、中国博士后科学基金 (批准
号: 2013M532131, 2013M532221)、航 空 科 学基金 (批准号: 20123196015, 20132796018) 和陕西省 基 础研究计划 (批准号:
2013JM6005) 资助的课题.
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通信作者. E-mail: zhangjiq0@163.com
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