頻率選擇表面天線罩研究現狀與發展趨勢

許媛

摘 要：天線罩主要的功能是對天線以及整個微波系統進行保護的一個裝置，其可以有效地防止系統遭到環境的影響，因此，被廣泛地應用在了無線通信領域之中。由于天線罩的位置靠近近場區，所以，無法避免將會影響到天線的性能。在對天線罩進行設計時，便要求改善天線罩的結構，從而確保天線罩對天線性能的影響降到最小。同時，通過改善天線罩的結構，還能夠取得優良的隱身效果。本文介紹了頻率選擇表面天線罩的優勢，闡述了頻率選擇表面天線罩技術國內外的研究現狀，并對未來頻率選擇表面天線罩的發展趨勢進行了探討。

關鍵詞：頻率選擇表面 天線罩 發展趨勢

中圖分類號：TN820.81 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0123-02

在雷達裝置中，天線罩可以有效地使雷達避免遭受外部各種信號的干擾與影響，其擁有選擇性透波、耐高溫以及承載負荷性能優良等特性。而在雷達的隱身技術手段之中，天線罩技術是具有獨特優勢的前沿性技術。在雷達隱身天線罩技術中，又可劃分為頻率選擇表面技術、極化選擇表面技術、阻抗加載技術等相關技術手段。現階段，我國多采用頻率選擇表面技術作為雷達隱身天線罩技術。頻率選擇表面技術指的是在金屬的表面存在著周期性分布的一些細小縫隙，從而形成了具有濾波功能的結構，把頻率選擇技術應用于天線罩中，其和天線罩共同構成了具有頻率選擇功能的裝置。

應用頻率選擇表面天線罩具有以下優勢：

（1）在雷達自身工作頻帶中的一些信號能夠通過天線罩，而處于此頻帶以外的一些信號則會被反射出去，使雷達具有相對小的散射截面，進而實現了設備的隱身目的。

（2）頻率選擇表面技術天線罩所擁有的外在形狀和飛行裝置原來自身的結構非常近似，因此可以符合飛行器在飛行過程中的動力學要求。

1 頻率選擇表面天線罩的設計

如果想要設計出性能優良的頻率選擇表面天線罩，要求具備非常精準的諧振頻率、較高的傳輸效率，使得頻帶以外具備非常優良的反射性，同時針對各種頻率波的入射角具有較強的不敏感性。所以，在進行頻率選擇表面天線罩的設計時，其目標是讓所設計的頻率選擇表面相應的諧振頻率正好處于自身雷達所設定的通訊頻率范圍之中，在整個通帶之內使信號擁有相對優良的傳輸性能，而在通帶之外則將全部的信號反射出去，從而讓天線罩擁有可以對頻率進行選擇的性能。頻率選擇表面天線罩所具有頻率選擇性能和其所擁有的結構類別、襯底材料等多種因素均有關聯。在進行頻率選擇表面天線罩的設計時，通常會采取孔徑型的方式來實現。第一，要依照不同天線罩所處的環境情況，而采取適宜的介質，通常應當采用擁有較低介電常數以及損耗的一些材料。同時，根據學者田文明和侯新宇對三極子縫隙單元的單層和雙層FSS結構的研究結果表明：在FSS的兩側加載介質層可以極大改善FSS諧振頻率對不同入射角和極化狀態的穩定性，這樣才可以使天線罩擁有較為優良的透波特性。第二，對于結構形狀的選用，考慮到頻率選擇天線罩通常是曲面構造。所以，所采用的結構單元應當可以應對較大范圍的入射角改變，因此，多采用一些具有自對成型的形狀。另外，不同的結構縫隙值大小，同樣會對諧振的頻率產生影響。當縫隙值相對小時，所產生的諧振頻率較低。而當縫隙值相對大時，所產生的諧振頻率則較高。

2 頻率選擇表面天線罩的研究現狀分析

2.1 國外研究現狀分析

20世紀60年代，美國科學家對頻率選擇表面技術所涉及的電磁場計算進行了極大簡化，使得頻率選擇表面天線罩技術得到了進一步完善，并建立了相應的理論基礎。在隨后的10年中，科學家又對T型結構單元以及十字型結構單元的頻率選擇表面技術進行了深入的探索與研究，同時在1974年間生產了全世界范圍內首個雷達天線罩。在20世紀80年代初期，在飛機中大量的隱身技術被推廣與應用，使得頻率選擇表面天線罩也得到了極大的發展，頻率選擇表面天線罩的仿真與模擬技術也不斷發展。單從可以查詢到的科研文獻來分析，目前美國與英國在頻率選擇表面天線罩技術方面處于世界領先水平。對于頻率選擇表面天線罩的研究方法，也已取得了進一步的創新與完善。

2.2 國內研究現狀分析

因為我國對頻率選擇表面技術是在20世紀末期才逐漸開始的，相對于歐美國家來說起步較晚。因此，相對來說整體的技術水平不高，多數的研究是針對一些性能較為穩固的新結構單元進行研究，先后提出了改進型的Y型孔結構單元及啞鈴型的結構單元。通過對不同結構單元的改進，使得不同入射角所導致的透射差問題得以有效解決。

3 頻率選擇表面天線罩的發展趨勢

3.1 智能頻率選擇表面天線罩

通常情況下，飛行器搭載的雷達以及導彈所搭載的雷達，會在其處于平飛的狀態下關閉天線裝置，而當其靠近所設定的目標的時候，才將所搭載的雷達開啟。然而，很多的飛行器在其平飛階段，又非常容易被監測到。而通過安裝智能頻率選擇表面天線罩，則能夠保障雷達裝置在平飛時一直是隱身的狀態。現階段，雷達所使用的智能隱身技術有頻率選擇表面技術、拋撒金屬技術、等離子體技術等。當采用拋撒金屬技術時，具有相對好的隱身作用。不過，當飛行器狀態切換時，所形成的部分拋撒物質對飛行器的發動裝置會有一定的損傷。等離子體天線罩目前依然在研究開發過程中，其所擁有的功率相對較低、自身的體積也較大，這些均影響了該技術的應用，而頻率選擇表面天線罩的智能化是最佳的選擇。不過，若是雙方的雷達所采用的工頻較為相近時。很難使雷達擁有較優良的隱身效果。因此，應當逐步研發智能頻率選擇表面天線罩，從而使天線罩的性能得到不斷改進與完善。

3.2 厚屏頻率選擇表面天線罩

要是將頻率選擇表面天線罩依照不同的厚度進行劃分，其可劃分成薄屏頻率選擇表面天線罩與厚屏頻率選擇表面天線罩。通常情況，工程上應用的厚屏頻率選擇表面天線罩，所采用的金屬厚度幾乎達到了厘米級別。在厚屏頻率選擇表面天線罩中，還填充上了相應的介質，其可以有效改善中心頻率的透過率以及頻帶寬度，擁有非常優良的性能。

3.3 微型化頻率選擇表面天線罩

采用微型化的頻率選擇表面天線罩，可以使天線罩的體積明顯減小，并可以使天線罩對于信號入射角的要求更低，能顯著改善曲面天線罩所擁有的性能。目前，所應用的天線罩自身形狀通常是無法展開的一些二次曲面，因此必然存在一些非平面波的入射面。而此時就可以通過微型化頻率選擇表面，來促使天線罩的單元結構大小不會受到工作波長大小影響，使天線罩擁有更強的不敏感性。

4 結語

現階段，我國對于頻率選擇表面天線罩的研究水平相對較低，因此應當對國外已研發的成果進行收集與梳理，在此基礎上對頻率選擇表面天線罩進一步創新與完善，使其中所存在的問題得以有效解決，確保頻率選擇表面天線罩擁有更優的角度穩定性、低損耗性等優良特性，促進我國頻率選擇表面天線罩技術的不斷創新與發展。

參考文獻

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