● 摘要
在不影响雷达系统正常工作的前提下，采用频率选择表面（frequency selective surfaces 简称FSS）雷达罩可以显著降低飞行器雷达工作频段之外的雷达散射截面（RCS）。FSS雷达罩的实现涉及多个学科领域，微波数值计算、介质材料电性能、结构加工与制作工艺、电磁测试等等，只有综合利用各学科的专业知识才能将FSS技术成功地应用于雷达罩上。本论文致力于带通型FSS传输性能的研究，采用了实验分析与数值计算相结合的分析方法。利用大型复杂曲面FSS的机器人数字化加工系统的平板加工工装，在覆铜板上雕刻所设计的FSS单元，将加工后的FSS平板在微波暗室中测试其透波性能并进行分析。实验分析了介质加载方式和加载厚度对FSS平板透波特性的影响，验证了介质加载可以提高FSS平板对入射角的稳定性，介质的厚度对FSS平板的透波性能特别是谐振频率影响较大。由于雕刻加工时刀具的磨损、进刀的深浅等引起FSS单元缝隙的宽度发生变化，本文首先从物理本质上分析了FSS单元的缝隙宽度对FSS平板透波特性的影响；其次用电路板蚀刻技术加工不同缝隙宽度的单元FSS平板，比较并验证了采用雕刻技术加工FSS的可行性。理论计算和实验结果说明了可以通过使FSS的缝隙宽度发生较小变化来调节FSS平板的谐振频率和透波率。实验分析了FSS平板单元中基本参数，如单元的形状、尺寸大小、周期及排列方式等发生变化时FSS平板的透波特性，初步研究了双层FSS和组合单元FSS平板的透波特性。不同形状的单元中，无论是从对入射角的敏感性方面还是从避免栅瓣的出现来分析，环形单元优于多边连接单元和贴片单元。组合单元的FSS平板透波性能颇为复杂，哪种单元的电性能占主导作用较难掌握。周期和排列相同的双层FSS平板中两层FSS的单元相同时带宽较大，两层FSS的单元不同时透波率较低。为了加速FSS平板设计的工程化进程，提高设计的效率和速度，也为从事本行业的工程师提供一个简单快速的设计方法，本文提出了FSS的预估方法。从最简单的单元形状--小矩形着手，逐步讨论了各种单元的预估方法，从理论和实验两个方面相辅相成地达到工程设计的目的。用刷镀铜工艺将介质雷达罩样件金属化，利用大型复杂曲面FSS的数字化加工系统在金属罩上雕刻FSS单元，实现了FSS在雷达罩样件上的应用。加工后的FSS带通雷达罩样件通过RCS和透波测试表明，在波率较高的频带其锥向的单站RCS值也较高，验证了此FSS雷达罩样件不仅具有频率选择特性，而且具有带外隐身的功能。