周期结构的应用.docVIP

1.7周期机构的应用 1，混合雷达罩 一提起FSS，很多人首先想到的就是它在带通雷达罩上的应用，以使天线工作带外的雷达射散截面（RCS）得到减缩。 图1.11上方展示了一种典型的情况，其中飞机前端的雷达天线已被具有图下方所示带通滤波特性的一定形状的雷达罩罩住。当雷达罩不透明时，雷达罩在入射场的照射下，大部分信号会由于雷达罩的形状沿双站方向反射，从而在背向仅产生非常微弱的信号，也就是说，它有很低的RCS。另外，如果雷达罩对入射信号的频率是透明的，雷达罩就对减缩天线的RCS没有作用。这时就在根本上取决于天线自身的RCS。随后的问题就变成了它能够有多低。一般情况下，我们期望它尽可能地低，事实上也经常的确如此。某些天线，也就是阵列，在原理上，可以通过设计在相当宽的带宽内对其背向“影身”。在实际应用中，RCS能够达到多低的水平取决于部件加工的公差水平。, 2 带阻滤波器 图 1.12给出了另一个安置在桅杆上的天线的情况。被FSS覆盖的天线结构阻止非工作频率的信号通过而允许有用信号通过。也就是说，其作用与图1.11中所示的降低ＲＣＳ的方法是类似的。但这里有一点根本的不同，典型的舰艇雷达一般工作在３ＧＨz以下，通信系统也是如此。因此，可能会想到借助调整图1.11中（工作在X波段）所示的混合雷达罩来得到低频特性。但这不是一个好的想法，因为工作在３ＧＨz 的缝隙天线罩有可能在X波段或更高的某个频率发生谐振。重要的是，在高频区会出现很多栅瓣。这些栅瓣的出现会对某些频率和入射角产生不期望的较大的RCS。 由于上述原因，我们最好转而设计一个宽带的带阻滤波器，如图1.12下方所示。这种滤波器中的偶极子单元在X波段谐振，从而使单元及其间距变得更小。这样在高频时将显著推迟栅瓣的出现。 二色性副反射面 图1.13所示的采用了二色性反射面结构的卡塞格伦系统是FSS应用的另一个例子。这里我们需要频率为的波可以自由透过，而频率为的波则被周期表面反射。这样我们就可以将频率为的馈源放置在一个卡塞格伦焦点处，将频率为的馈源放置在另一个焦点处，结果这两个不同频段和便可共用一个反射面，不仅经济而且节省有效空间。 副反射面不一定非得是双曲面，它也可以是平面。图1.14给出了另一个例子。设计者们应该认识到，尽管平面反射面比凸反射面容易制造，但它与其他所有的反射面一样，也需要长期地高精度地保持其机械形状。一般来说，凸面比平面更容易做到这一点。对后者来说，经常需要通过大的基础支撑结构来固定。 二色性主反射面 图1.15给出了另外一个有意思的应用，在极化器和主反射面的左边放置辐射X波段的阵列。主反射面对于X波段是透明的，对于Q波段则不透明。整个系统的直径只是6in（lin=0.0254m）,可以设计置入潜水艇的潜望镜中。实际模型的测试表明，通过反射面的传输损耗几乎可以忽略不计。由于二色性反射面具有类似于透镜的作用，X波段的波束稍微有所变窄，Q波段的辐射方向图则与金属反射面的辐射方向图几乎完全相同。 图1.15 电路模型吸收体 到此为止，我们所考虑的都只是无耗结构。不仅周期结构可以用有耗材料制造，而且这种有耗材料制造的结构还会很有用处。图1.16中给出了一个被称为电路摸拟吸收体的实例。可以看到，在电路模拟片上有十字形阻抗单元，后面是接地平面。这易使我们想起早期类似的Salisbury屏。然而，由于其中包含有电抗的成分，这种周期表面的性能要优于早期的那些结构，特别是当多层叠加起来时，它可以产生很宽的频带。注意，尽管我们一般建议设计者不要使用简单的十字形无耗单元，但对有耗单元来说，则没有问题。 曲折线极化器 图1.17给出了一个简单的单层曲折线极化器。曲折线极化器对垂直极化的入射波表现为等效传输线中的并联电感，对水平极化的入射波则呈现容性。因此，对于线极化波入射，可以将其分解为垂直极化和水平极化，前者被延迟，后者则被提前。如果通过极化器后两者的相位相差为，则合成了圆极化。可以通过级联来改善带宽特性，通过增加介质板来增加入射角的稳定性。