雷达天线RCS缩减技术
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• 结构模式雷达截面与与天线增益、 吸化匹配因子、馈源反射系数、辐 射方向性图、接收照射源主极化分 量的效率及电磁波波长有关。
极化选择表面（PSS）技术
• 在实际应用中，常将极化选择表面技术 （PSS）与频率选择表面技术（FSS）同时 使用；而且实际上部分频率选择表面同时 具有一定的极化选择功能； • 优缺点与频率选择表面相类似，对同极化 的威胁雷达波没有RCS减缩效果。
雷达天线RCS缩减技术
报告人：马天野
RCS: Radar Cross Section雷达散射截面
• 雷达隐身技术中最关键的概念， 它表征了目标在雷达波照射下 所产生回波强度的一种物理量。 • RCS可定义为：目标在单位立 体角内向接收机处散射功率密 度与入射波在目标上的功率密 度之比的4π倍。
• RCS(σ)=Projected cross section ∙ Reflectivity∙ Directivity • A larger RCS indicates that an object is more easily detected.
一种典型的双反射面天线： 卡塞格伦天线
使用带阻反射器法缩减RCS
• 对于用十字型振子贴片FSS制成的工作在Ku波段（波长 1.67~2.4cm）的卡氏天线的主反射面, 在X波段（波长 2.4~3.75cm）实测表明, 与金属反射面相比, 天线辐射方 向图基本不变, 增益损失不超过1dB, 而天线RCS降低达 15dB以上； • 若将该天线的副反射面换成十字型FSS制成的带阻型滤波 副反射面（主反射面仍为金属反射面）后，在天线轴线附 近可以获得20dB左右的RCS缩减效果而辐射方向图基本上 不受到大的影响； • 采用如上方法，可以具有带外宽带隐身的特点， • 且与天线工作是相容的。 • 常采用选频副反射面
天线RCS缩减技术的发展原因
• 较大的RCS说明敌方雷达波反射与散射严重，容易 暴露己方目标； • 雷达天线容易受到各种干扰，特别是敌方的电子 干扰。缩减雷达散射截面RCS可提高抗干扰能力； • 雷达天线大多采用反射面天线, 特别对于舰载天 线：通常架设在较高的位置由于地球曲率的影响， 它们是整个舰船的最早RCS贡献者； • 反射面天线具有聚焦性和高增益性它们又是强雷 达波散射源。
影响RCS的因素
• • • • • • 绝对尺寸和相对尺寸 材料的电性能 目标的几何外形和表面光洁度 目标被雷达波照射的方位 入射波的波长 入射场极化形式和接收天线的极化形式
影响RCS的因素：入射波波长
• 对于球体，入射波波长对雷达散射截面的 影响可划分为低频区、谐振区、高频区 （光学区）
反射面雷达天线RCS缩减技术
OP型极化吸收装置
• 0P型极化吸收材料为嵌有电阻条带的层 状 材料。电阻片的阻值，片间距都可选择、 调整。 • 对平行于电阻条带的 • TE型波吸收衰减约为 • 10dB，而对 TM波的 • 透过率达 97 。
计划灵敏装置法在变态卡塞格伦天 线和抛物面天线中的应用
• 结论：减小天线工 作频带内辐射模式 雷达截面。应用极 化灵敏吸收装置可 减小结构模式雷达 截面
外形对消技术与雷达吸波涂层的工作原理类似
外形对消技术与多径效阻抗可以改变反射系数的模和 相位，因而改变模式项散射场； • 对于主副面直径分别为27cm和7cm的卡氏天线, 采用这种方法可获得约8dB的隐身效果； • 无源阻抗加载技术：窄带 • 自适应（有源）阻抗加载技术：根据侦察到的 雷达波频率、极化和入射方向等参数实时地计 算目标的散射特性由此调整有源载的相位和振 幅, 以实现最佳的散射对消。
• 频率选择表面（FSS: Frequency selective surface ）技术 • 极化选择表面（PSS: Polarization selective surface ）技术 • 外形对消和阻抗加载技术 • 减小阻抗和照射失配技术 • 时域隐身技术和极化分集技术
频率选择表面（FSS）技术
评价
• 每种天线RCS缩减技术都有其局限性，隐身 能力也有限，而目还会在一定程度上影响 天线的主要性能 • 需要对各种隐身技术进行综合考虑，还要 在天线隐身性能和高增益、低副瓣性能间 作最佳折衷。 • 在实际的天线隐身中, 还需多种技术的综 合运用
俄五代机T-50雷达散射截面仅0.5平方米雷达很难找到
贴片类型（介质类型）
• 贴片类型：在介质表面周期性的标贴同样 的金属单元 • 通常用作带阻滤波器
开槽类型（波导类型）
• 开槽类型：在金属板上周期性的开一些金 属单元的槽孔 • 带通型频率选择表面
使用带阻反射器法缩减RCS
• 用FSS制成带阻型滤波反 射面替代反射面天线通常 使用的金属主、副反射面 • 工作频带内的电磁波在制 成的主、副面上全反射、 而对频带外电磁波则呈现 良好的透射性, 并在反射 面背后涂覆吸波材料
外形对消技术
• 以卡氏天线为代表的双反射面结构具有若干个 散射中心。例如主、副反射面的镜盯反射和边 缘绕射以及各种高阶反射、绕射等。 • 改变反射面的几何参数就可以改变各散射中心 的相对振幅和相位, 这样就可得到反射波相互 抵消的结果。 • 实验已证实这种技术可实现20dB的缩减。如果 将反射面形状由抛物面改成椭圆面则外形优化 结果可降低轴向RCS值30dB以上。
带通天线罩与带通馈源罩法
• 用FSS可制成选频滤波天线罩和单反射面的馈 源罩, 在雷达的工作频带内具有很好的透波性 能, 不影响天线收发的正常工作 • 在通带以外的威胁雷达波, 带通滤波天线罩等 效为一个全反射面利用其流线型表面的低特性 将威胁雷达波散射到各个方向而不能照射到天 线罩内的天线上从而降低了天线的单站RCS • 采用带通滤波馈源罩实际上是使天线散焦, 使 入射的探测波不能被馈源聚集并重新辐射出来。
极化选择表面（PSS）技术 （屏蔽罩法和反射器法）
• 利用周期结构的极化选择表面(PSS)对不同极化波的滤波 特性，可实现对正交极化入射波的RCS减缩。原理与FSS类 似。 • 例如简单的水平线形栅条结构，利用其对正交(垂直)极化 波良好的透波特性，及其后面的材料吸波作用，可将反射 面天线的RCS减小约10dB，而对相同极化的天线工作时， 其增益下降不到1dB。
• 频率选择表面：空间滤波器 • 与传统电容、电感组成的滤 波器区别在于，传统滤波器 一般只关心通带内波形是否 有畸变 • 而频率选择表面是对于场的 滤波器，不论是透射波还是 反射波都是十分重要，不仅 仅要关注其幅度、相位的变 化，还要关心交叉极化和热 损耗等等
频率选择表面的构成
• 由大量无源谐振单元组成的单屏或多屏周期性 阵列结构 • 通常要有衬底支撑，也有覆盖层 • FSS的单元分为两种基本类型：贴片类型和开 槽类型
时域隐身技术
• 在雷达不工作时设法将天线隐蔽起来，开 机前再回复正常状态； • 使用低RCS伪装罩，可以达到宽频带、全方 位和各种极化时RCS低的特点。 • 缺点：雷达工作时完全没用
极化分集技术
• 极化分集技术要求 双极化天线应有共 同的相位中心和共 同的辐射轴线。 • 原理在于让交叉极 化波接匹配负载被 吸收（需要接收机 进行一定的处理）
减小阻抗和照射失配技术
• 减小阻抗法：天线处于接收状态时，改善阻抗 匹配状况，减小反射系数，从而减小散射波的 强度；雷达天线处于不工作时，利用微波开关 将一等效匹配负载接入接收支路中； • 通过这种方法在X波段10%的频带内较容易地使 接受之路的反射系数达到0.1，RCS降低20dB， 且在任意角度上隐身效果大致相同。 • 照射失配技术：采用速变极化或极化自适应天 线改变天线的极化，使其与照射波极化正交。 这需要配合PSS技术。
俄罗斯海军舰艇现代“激烈号”778
• 图中画圈部分为干扰机天线罩
印度ASP战机的旋转雷达天线罩
• 整个天线罩直径7.3米、厚1.5米
FSS技术的实际应用
• 多频段：多层FSS或交错地排列频率选择单 元组成的栅 • 可以实现十分陡峭的截止特性, 良好的传 输系数和极化特性的带通响应 • 优点：不需要增加或改动其原有的主要结 构 • 缺点：对同频率的威胁雷达波没有RCS减缩 效果
• 苏-30的RCS约20平方米
谢谢！
马天野 2011年3月18日
右图为DH30003型栅网组件
极化选择表面（PSS）技术 （极化灵敏装置法）
• 是PSS和雷达吸波材料（RAM）技术的组合， 如极化灵敏salisbury屏和OP型极化吸收装 置
左图为电salisbury屏，是简单的谐振型吸收器，在设计频率点上吸收平面电 磁波的极化不灵敏装置。右图为计划灵敏salisbury屏。这种屏对平行于导体 带栅和电阻带栅的 TE入射波呈现最佳吸收， 对垂直于栅的TM 入射波几乎是 透 明的。整个装置的性能受栅常数导d/λ的限制。
极化选择表面（PSS）技术
• 在实际应用中，常将极化选择表面技术 （PSS）与频率选择表面技术（FSS）同时 使用；而且实际上部分频率选择表面同时 具有一定的极化选择功能； • 优缺点与频率选择表面相类似，对同极化 的威胁雷达波没有RCS减缩效果。
雷达天线RCS缩减技术
报告人：马天野
RCS: Radar Cross Section雷达散射截面
• 雷达隐身技术中最关键的概念， 它表征了目标在雷达波照射下 所产生回波强度的一种物理量。 • RCS可定义为：目标在单位立 体角内向接收机处散射功率密 度与入射波在目标上的功率密 度之比的4π倍。
• RCS(σ)=Projected cross section ∙ Reflectivity∙ Directivity • A larger RCS indicates that an object is more easily detected.
一种典型的双反射面天线： 卡塞格伦天线
使用带阻反射器法缩减RCS
• 对于用十字型振子贴片FSS制成的工作在Ku波段（波长 1.67~2.4cm）的卡氏天线的主反射面, 在X波段（波长 2.4~3.75cm）实测表明, 与金属反射面相比, 天线辐射方 向图基本不变, 增益损失不超过1dB, 而天线RCS降低达 15dB以上； • 若将该天线的副反射面换成十字型FSS制成的带阻型滤波 副反射面（主反射面仍为金属反射面）后，在天线轴线附 近可以获得20dB左右的RCS缩减效果而辐射方向图基本上 不受到大的影响； • 采用如上方法，可以具有带外宽带隐身的特点， • 且与天线工作是相容的。 • 常采用选频副反射面
天线RCS缩减技术的发展原因
• 较大的RCS说明敌方雷达波反射与散射严重，容易 暴露己方目标； • 雷达天线容易受到各种干扰，特别是敌方的电子 干扰。缩减雷达散射截面RCS可提高抗干扰能力； • 雷达天线大多采用反射面天线, 特别对于舰载天 线：通常架设在较高的位置由于地球曲率的影响， 它们是整个舰船的最早RCS贡献者； • 反射面天线具有聚焦性和高增益性它们又是强雷 达波散射源。
影响RCS的因素
• • • • • • 绝对尺寸和相对尺寸 材料的电性能 目标的几何外形和表面光洁度 目标被雷达波照射的方位 入射波的波长 入射场极化形式和接收天线的极化形式
影响RCS的因素：入射波波长
• 对于球体，入射波波长对雷达散射截面的 影响可划分为低频区、谐振区、高频区 （光学区）
反射面雷达天线RCS缩减技术
OP型极化吸收装置
• 0P型极化吸收材料为嵌有电阻条带的层 状 材料。电阻片的阻值，片间距都可选择、 调整。 • 对平行于电阻条带的 • TE型波吸收衰减约为 • 10dB，而对 TM波的 • 透过率达 97 。
计划灵敏装置法在变态卡塞格伦天 线和抛物面天线中的应用
• 结论：减小天线工 作频带内辐射模式 雷达截面。应用极 化灵敏吸收装置可 减小结构模式雷达 截面
外形对消技术与雷达吸波涂层的工作原理类似
外形对消技术与多径效阻抗可以改变反射系数的模和 相位，因而改变模式项散射场； • 对于主副面直径分别为27cm和7cm的卡氏天线, 采用这种方法可获得约8dB的隐身效果； • 无源阻抗加载技术：窄带 • 自适应（有源）阻抗加载技术：根据侦察到的 雷达波频率、极化和入射方向等参数实时地计 算目标的散射特性由此调整有源载的相位和振 幅, 以实现最佳的散射对消。
• 频率选择表面（FSS: Frequency selective surface ）技术 • 极化选择表面（PSS: Polarization selective surface ）技术 • 外形对消和阻抗加载技术 • 减小阻抗和照射失配技术 • 时域隐身技术和极化分集技术
频率选择表面（FSS）技术
评价
• 每种天线RCS缩减技术都有其局限性，隐身 能力也有限，而目还会在一定程度上影响 天线的主要性能 • 需要对各种隐身技术进行综合考虑，还要 在天线隐身性能和高增益、低副瓣性能间 作最佳折衷。 • 在实际的天线隐身中, 还需多种技术的综 合运用
俄五代机T-50雷达散射截面仅0.5平方米雷达很难找到
贴片类型（介质类型）
• 贴片类型：在介质表面周期性的标贴同样 的金属单元 • 通常用作带阻滤波器
开槽类型（波导类型）
• 开槽类型：在金属板上周期性的开一些金 属单元的槽孔 • 带通型频率选择表面
使用带阻反射器法缩减RCS
• 用FSS制成带阻型滤波反 射面替代反射面天线通常 使用的金属主、副反射面 • 工作频带内的电磁波在制 成的主、副面上全反射、 而对频带外电磁波则呈现 良好的透射性, 并在反射 面背后涂覆吸波材料
外形对消技术
• 以卡氏天线为代表的双反射面结构具有若干个 散射中心。例如主、副反射面的镜盯反射和边 缘绕射以及各种高阶反射、绕射等。 • 改变反射面的几何参数就可以改变各散射中心 的相对振幅和相位, 这样就可得到反射波相互 抵消的结果。 • 实验已证实这种技术可实现20dB的缩减。如果 将反射面形状由抛物面改成椭圆面则外形优化 结果可降低轴向RCS值30dB以上。
带通天线罩与带通馈源罩法
• 用FSS可制成选频滤波天线罩和单反射面的馈 源罩, 在雷达的工作频带内具有很好的透波性 能, 不影响天线收发的正常工作 • 在通带以外的威胁雷达波, 带通滤波天线罩等 效为一个全反射面利用其流线型表面的低特性 将威胁雷达波散射到各个方向而不能照射到天 线罩内的天线上从而降低了天线的单站RCS • 采用带通滤波馈源罩实际上是使天线散焦, 使 入射的探测波不能被馈源聚集并重新辐射出来。
极化选择表面（PSS）技术 （屏蔽罩法和反射器法）
• 利用周期结构的极化选择表面(PSS)对不同极化波的滤波 特性，可实现对正交极化入射波的RCS减缩。原理与FSS类 似。 • 例如简单的水平线形栅条结构，利用其对正交(垂直)极化 波良好的透波特性，及其后面的材料吸波作用，可将反射 面天线的RCS减小约10dB，而对相同极化的天线工作时， 其增益下降不到1dB。
• 频率选择表面：空间滤波器 • 与传统电容、电感组成的滤 波器区别在于，传统滤波器 一般只关心通带内波形是否 有畸变 • 而频率选择表面是对于场的 滤波器，不论是透射波还是 反射波都是十分重要，不仅 仅要关注其幅度、相位的变 化，还要关心交叉极化和热 损耗等等
频率选择表面的构成
• 由大量无源谐振单元组成的单屏或多屏周期性 阵列结构 • 通常要有衬底支撑，也有覆盖层 • FSS的单元分为两种基本类型：贴片类型和开 槽类型
时域隐身技术
• 在雷达不工作时设法将天线隐蔽起来，开 机前再回复正常状态； • 使用低RCS伪装罩，可以达到宽频带、全方 位和各种极化时RCS低的特点。 • 缺点：雷达工作时完全没用
极化分集技术
• 极化分集技术要求 双极化天线应有共 同的相位中心和共 同的辐射轴线。 • 原理在于让交叉极 化波接匹配负载被 吸收（需要接收机 进行一定的处理）
减小阻抗和照射失配技术
• 减小阻抗法：天线处于接收状态时，改善阻抗 匹配状况，减小反射系数，从而减小散射波的 强度；雷达天线处于不工作时，利用微波开关 将一等效匹配负载接入接收支路中； • 通过这种方法在X波段10%的频带内较容易地使 接受之路的反射系数达到0.1，RCS降低20dB， 且在任意角度上隐身效果大致相同。 • 照射失配技术：采用速变极化或极化自适应天 线改变天线的极化，使其与照射波极化正交。 这需要配合PSS技术。
俄罗斯海军舰艇现代“激烈号”778
• 图中画圈部分为干扰机天线罩
印度ASP战机的旋转雷达天线罩
• 整个天线罩直径7.3米、厚1.5米
FSS技术的实际应用
• 多频段：多层FSS或交错地排列频率选择单 元组成的栅 • 可以实现十分陡峭的截止特性, 良好的传 输系数和极化特性的带通响应 • 优点：不需要增加或改动其原有的主要结 构 • 缺点：对同频率的威胁雷达波没有RCS减缩 效果
• 苏-30的RCS约20平方米
谢谢！
马天野 2011年3月18日
右图为DH30003型栅网组件
极化选择表面（PSS）技术 （极化灵敏装置法）
• 是PSS和雷达吸波材料（RAM）技术的组合， 如极化灵敏salisbury屏和OP型极化吸收装 置
左图为电salisbury屏，是简单的谐振型吸收器，在设计频率点上吸收平面电 磁波的极化不灵敏装置。右图为计划灵敏salisbury屏。这种屏对平行于导体 带栅和电阻带栅的 TE入射波呈现最佳吸收， 对垂直于栅的TM 入射波几乎是 透 明的。整个装置的性能受栅常数导d/λ的限制。