阻抗加载对微带天线辐射和散射的影响

1、阻抗加载对微带天线辐射和散射的影响        摘要：计算了阻抗加载对微带天线RCS的影响，以及加载不同阻抗时天线的辐射性能。结果表明，阻抗加载主要降低天线带内RCS。适当的阻抗加载能有效降低天线RCS，同时还能保证天线的辐射性能。     关键词：微带天线；RCS；RCSreduction；阻抗 1引言微带天线尺寸小、重量轻、成本低、设计简单，可以和其他物体共形，在飞行器低RCS天线应用中具有广阔的前景。到目前为止，对微带天线已经提出了各种各样的RCS减缩方法。天线RCS分为结构项

2、和模式项1，前者由天线的实际物理结构决定，后者由天线终端阻抗失配造成能量的再辐射引起。微带天线谐振频率点将出现RCS峰值。一般来说，天线RCS减缩方案都将增加系统的复杂性。另外，天线的性能，比如说增益，也会有所降低。Jackon2提出增加介质板损耗和覆盖损耗介质降低RCS的方法。天线RCS跟天线辐射效率和增益平方成正比，虽然这种方法能有效降低微带天线的RCS，但是这是以降低天线辐射效率和增益为代价，损耗太大，将导致天线不能正常工作。分布式电阻加载34可以在很宽的频率范围内实现RCS的减缩，但是仅仅计算了贴片的RCS减缩效果，并没有计算在加载之后天线的辐射性能。在微带天线4个角上加载电阻，虽然R

3、CS减缩幅度很大，但是计算表明，这种情况下天线已经不能有效辐射电磁波了。在考虑微带天线RCS减缩的同时，必须考虑天线的辐射性能，否则即使实现RCS大幅度减缩，但是已经不能作为天线使用，也是不实际的。    本文计算了阻抗加载对微带天线RCS的影响，同时计算了对应情况下天线的辐射性能。计算结果表明，适当的阻抗加载能有效降低天线带内RCS，同时仍能保证天线的辐射。2基本理论设贴片表面为S，平面入射电场为，贴片表面感应电流为，则总场：  方程(2)就是关于贴片表面电流的电场积分方程，把未知电流展开：   其中：分量的矢量展开模式，In是N个

4、未知系数。用矩量法，选择相同的基函数和检验函数，由方程(2)可以得到一个线性方程组：      Zi=V       (4)其中：I是长度为N包含方程(4)中的未知系数的电流列矢量，Z是N×N元的阻抗矩阵，V是长度为N的激励列矢量。Z和V的典型表达式为：    其中：辐射的电场，积分域是微带贴片的表面。Zmn的具体表达式由文献59可得。计算得到了贴片表面电流，就可以得到天线的散射场。    单站RCS公式为：

5、0; 3计算结果正方形微带贴片尺寸为：L×W20×20 mm2，介质参数：厚度h07874 mm，r233，激励为60°，45°的极化的平面波。在贴片的左下角(95，95)，分别加载300，50，10电阻，计算比较频域单站RCS。结果如图1所示。 从图1可以看到，阻抗加载主要能实现天线带内RCS减缩。加载300阻抗时，RCS只是在谐振点有所下降，在整个频段上并没有多大的变化，加载50，在整个频段上RCS均得到很好的减缩，谐振点附近RCS降低至少18个dB，而10加载，RCS峰值点已经偏移到了55 GHz，并且减缩效果不如50加载效果好。也就是说，加载50

6、时，比值下降最大。微带天线必须首先保证辐射性能，这里主要考虑在加载之后，天线辐射效率和增益的变化。上述微带天线理论谐振频率为48 GHz，实际测量频率为4785 GHz。如表1所示。4结语本文计算了阻抗加载对天线辐射和散射性能的影响。计算结果表明，阻抗加载主要降低天线带内RCS，通过适当的阻抗加载能有效地降低天线RCS，同时还能保证天线的辐射性能。这种方法对降低天线的RCS是有效且实际的。参考文献1Hansen RCRelationships between antennas as sca tters and as radiatorsJprocIEEE，1989，77：659-6622Jack

7、son DRThe RCSofa rectangular microstrip patch in a substuate -  superstrate geometry J .proc.IEEE TransAntennas Propagat1990，AP-38，2-83Pozar DMRadiation and scattering from a microstrip patch on a uniaxial substrateIEEETransAntennas Propagat1987：AP-35，613-6214VolakisJL，Alexanian A，Jin JBroadban

8、d RCSreduction of rectangular patch by using distributedloadingJElectron Lett1992，28：2322-23-235Edward Newman HScattering froma microstrippatchJIEEETransAntennas Propagat，1987，AP-35，245-2516Rana IE，Alexopoulos NGCurrentdistribution andinput impedance of printed dipolesJIEEETransAntennas Propagat，JAN1981，AP-2999-1057Newman EH，Tulyathan PAnalysis ofmicrostripantenna using moment methodsJIEEE TransAntennas Propag