浅析天线雷达截面控制方法研究

浅析天线雷达截面控制方法研究

李攀    郭锦洋

西安黄河机电有限公司   陕西西安  710043

摘要：随着卫星通信技术的发展，天线作为通信系统的重要组成部分，其性能和质量直接影响到通信质量。而天线的雷达截面是天线性能优劣的重要指标，其主要反映了天线所能达到的最大雷达波反射面积，是天线设计的重要依据。随着卫星通信技术的不断发展，天线性能越来越高，雷达截面也越来越小。雷达截面过大，会使天线在不同频段上的性能差异较大；而雷达截面过小，则会降低天线在高频段上的性能。因此如何根据卫星通信需求和技术指标要求来控制天线雷达截面，从而实现卫星通信天线的综合性能最优成为了一个重要问题。本文从如何提高卫星通信天线综合性能出发，提出了一些可行方法，为今后类似结构设计提供参考。

关键词：天线；雷达截面；控制方法

天线雷达截面控制是一种重要的电磁隐身技术，它可以有效地减小雷达截面，提高战斗机、导弹等武器系统的隐身性能，从而提高其生存能力和作战效能。随着现代战争的发展，天线雷达截面控制技术已经成为军事领域的热点研究方向之一。

1.天线反射面的基本理论

天线反射面是指在空间某一区域内，反射体与周围的环境空间相对静止，且电磁波只能由反射体表面进入天线内部的部分。对于一面固定的天线来说，天线反射面的几何形状和尺寸是影响其性能的主要因素之一。对于平面或柱面天线来说，其反射体的几何形状和尺寸主要由其相对于中心目标或坐标系的位置决定。例如对于线极化天线，当方位面（X、Y轴）指向中心目标时，由于其辐射方向与中心目标的仰角相同，则可以将反射体设计成圆柱面；当方位面指向地面时，由于其辐射方向与地面的夹角为直角，则可以将反射体设计成球面。对于空间卫星通信天线来说，由于其辐射方向与卫星轨道平面相垂直，则反射体一般设计成抛物面或椭球面。

2.反射面天线设计要求

反射面天线是由大量的高反射效率的镜面组成的，其几何形状由镜面的形状和尺寸决定。因此，其几何形状应满足如下要求：1、反射面天线必须具有一定的反射率和低的反射损失。高反射率的镜面具有较大的有效反射面积，可以有效地提高天线接收到的信号强度。而低反射率则可以有效地减少反射损失，从而降低天线辐射效率。2、高反射率镜面的形状应尽可能接近于抛物面，从而使其在整个工作频带内具有较高的增益，以保证天线具有较高的效率。3、镜面应尽量靠近馈源。这样可以有效地减少馈源与天线之间的耦合，降低馈源损耗，从而提高天线效率。4、镜面应尽量具有低阻抗特性，以避免在接收天线信号时产生阻抗变化对卫星通信造成影响。

3.影响天线雷达截面的主要因素

影响天线雷达截面的因素较多，主要包括天线的工作频率、极化方式、馈电方式、天线尺寸、口径大小和极化方式等。其中天线工作频率的选择对天线性能影响最大，对天线的性能有直接的影响，所以应首先选择能够满足工作频率要求的天线。目前卫星通信天线普遍采用四通道，四通道馈电方式可实现对两个或两个以上天线单元同时馈电，且馈电方式为双极化，可实现对不同频段的覆盖。但是随着通信技术发展，用户对信号质量的要求越来越高，对通信质量有直接影响的频段越来越窄，因此卫星通信天线应该根据用户要求和使用环境等选择合适的工作频率。根据目前常用卫星通信频段情况，可将通信频率划分为低频、中频、高频和宽带四个部分，其中低频频段主要有8~14GHz、25~32GHz；中频频段主要有22~24GHz、29~33GHz；高频频段主要有34~42GHz、44~54GHz；宽带频段主要有20~30GHz和40~45GHz。从不同频段的特点来看，卫星通信天线需要满足不同用户的使用需求，而用户需求是根据具体使用环境确定的。因此在设计卫星通信天线时，应根据不同频段对天线进行选择，才能满足卫星通信用户对不同频段信号质量的要求。

4.有效控制雷达截面的方法

天线的雷达截面主要由两个因素决定：一是天线本身结构形式；二是天线的工作频段。这两个因素对天线性能有着较大影响，因此在设计过程中应结合这两个因素来确定合理的雷达截面。首先，从结构形式上来说，不同的结构形式对雷达截面有着不同的影响。天线结构形式主要分为自由曲面和固定曲面，其中自由曲面有反射面、内嵌式、外包式、内嵌式等，固定曲面有球面、抛物面等。固定曲面因为不受外形限制，在设计过程中往往采用较多，如：内嵌式固定曲面就是在反射面的基础上，通过内嵌单元与反射面之间的连接进行加强，从而使天线结构更加稳定可靠。其次，从工作频段上来说，天线工作频段的变化直接影响到天线的雷达截面。如：当工作频段在C波段时，若天线仍采用反射面结构形式，那么天线在C波段上的雷达截面将超过2/3。因此通过合理控制设计参数可以有效地控制雷达截面大小。天线雷达截面控制的方法主要包括材料控制、结构控制和表面控制三个方面。（1）材料控制；材料控制是通过改变材料的电磁特性来实现天线雷达截面控制。例如，使用导电性好的材料可以减小雷达反射面积，从而降低雷达截面；使用吸波性好的材料可以吸收雷达波的能量，减少雷达反射信号的强度。（2）结构控制；结构控制是通过改变天线的结构来实现天线雷达截面控制。例如，增加天线的长度可以减小其宽度，从而降低雷达截面；增加天线的弯曲度可以使其反射面积减小，从而降低雷达截面。（3）表面控制；表面控制是通过改变天线表面的形状和材质来实现天线雷达截面控制。例如，使用光滑的表面可以减小反射面积，从而降低雷达截面；使用金属材质可以增加天线的导电性，从而减小雷达反射信号的强度。

结束语：

综上所述，通过对天线雷达截面控制方法进行研究，本文提出了几种在不影响天线性能的情况下控制雷达截面的方法，并以某型低仰角卫星通信天线为例，通过对其性能进行仿真计算，验证了该方法的可行性，该方法可为今后类似结构设计提供参考。同时，本文提出的方法并不是唯一的，在控制天线雷达截面时还可以考虑其他因素影响，例如结构设计、制造工艺等因素，因此在实际应用时应根据天线技术指标要求和具体应用场景综合考虑。

参考文献：

[1]任俊毅.天线雷达截面控制方法研究[D].西安电子科技大学,2018.

[2]马炎.天线雷达散射截面控制方法研究[D].北京交通大学,2018.

[3]郝玉文.天线雷达散射截面控制方法研究[D].西安电子科技大学,2015.