尚玉平 , 冯桂生 , 廖成 . 依据介质谐振器的薄导电板侧向回射增强规划 [ J ] . 电子与信息学报 , 预出书 .

　　来自西南交通大学物理科学与技能学院电磁场与微波技能研讨所（成都）的研讨团队在《电子与信息学报》宣布最新文章：

　　提出了依据无源介质谐振器腔内磁偶极子谐振的准超方向性再辐射，旨在增强薄导电板遭到平面电磁波侧向照耀时的后向散射截面。

　　跟着雷达的广泛使用和信息技能的迅速发展，搅扰已成为雷达对立技能的重要方面。现在，投进和布设具有特定散射特性的无源方针，是完结无源方法雷达搅扰的要害手法，因为方针的雷达散射特性对隐真示假搅扰作用具有决定性影响，因而雷达方针散射特性的调控技能遭到了越来越多的研讨重视。

　　关于无人机、钓饵弹等小型方针渠道，平板状金属体一般是其主体结构的重要组成部件之一。但是，平板状金属体的厚度一般远小于侧向尺度，在平面电磁波侧向入射时，后向散射截面急剧减小。考虑到实践的使用场景中，当照耀雷达与方针相距较远时，方针处的照耀波即可近似为侧向入射景象，因而针对平面电磁波侧向入射时的平板状金属体展开后向散射截面增强规划具有实践含义。

　　作为传统的后向散射截面增强设备，角反射器、龙勃透镜可在必定角域和频域内供给安稳的后向散射截面增强，但其电大尺度导致这类设备一般具有体积大、重量大或许制造杂乱等缺陷。选用贴片天线单元的方向回溯阵具有低剖面和易集成的长处，但其安稳发生定向回波的角域规模与天线单元的主瓣宽度及阵元距离密切相关，难以针对侧向入射构成安稳的回波强度。用于雷达散射截面调控的超外表规划首要针对平面电磁波正入射或斜入射景象，对侧向入射景象则鲜有触及。此外，介质谐振器因其损耗小、结构紧凑等特色而在微波毫米波电路与体系中被广泛用作滤波器、振荡器、天线等，适用于雷达散射截面增强使用的介质谐振器规划报导相对较少。

　　本文经过规划长方介质体的几许尺度，结合平面电磁波鼓励，在腔内诱导出具有磁偶极子再辐射特性的混合谐振 ( HEM ) 方法。进一步，经过严密级联两个长方介质体，结构了具有准超方向再辐射特性的超单元，从而在低剖面条件下完结了薄导电板在平面电磁波侧向入射时的后向散射截面增强。

　　如图 1 所示，一个处于自由空间并遭到沿 +x 到 -x 方向传达的 θ 极化平面电磁波照耀的长方介质体，其沿 x、y 和 z 轴的几许尺度别离表明为 a、b 和 2h。长方介质体的相对介电常数与相对磁导率别离为 ε r=25 和 μ r=1，并假定其没有损耗。

　　长方介质体内呈现的驻波场散布是由内部场在介质体和空气各交界面间的屡次反射引起，这意味着该介质体此刻构成了介质谐振器。因为磁场强度与电场强度均包括沿 x、y 和 z 轴的非零重量，所取得的驻波场散布对应于 HEM 方法。结合电场强度沿坐标轴的半波改变，可知该谐振方法为 HEM111 模，而 HEM111 模对应着磁偶极子谐振特性。

　　该驻波场散布构成的后向散射截面频率响应曲线 所示，在规划频率 9 GHz 邻近观察到一个显着的后向散射截面峰值，其值为 -29.84 dBsm。依据 9 GHz 处的二维双站散射方向图，观察到长方介质体在 xz 面内的再辐射方向图挨近于全向，而在 yz 面和 xy 面内的再辐射方向图则有两个显着的零点坐落 y 轴方向，对应的三维方法双站散射方向图类似于甜甜圈形状。

　　一起，因为 xz 面内 θ 重量、yz 面内 φ 重量、xy 面内 θ 重量占主导，结合雷达散射截面的根本界说，可知散射电场强度主重量平行于 xz 面，散射磁场强度主重量平行于 yz 面和 xy 面，相应的正交极化重量起伏小至可忽略不计。因而由 θ 极化平面电磁波鼓励的这一长方介质体在 9 GHz 能够等效视为一个沿 y 轴放置的磁偶极子进行再辐射，这与前述的谐振方法剖析定论符合。

　　src=图 2 长方介质体的共极化后向散射截面频率响应曲线 GHz 处双站散射方向图

　　以发生磁偶极子谐振的长方介质谐振器作为根本单元，经过级联方法构建了能够增强散射强度的超单元，其结构如图 3 所示。详细地，相关于初始的根本单元，将第 2 个根本单元沿入射平面波的传达方向位移一段距离，使得两个根本单元之间构成 s=1 mm 的空气空隙。

　　在相同的平面电磁波照耀下，超单元的后向散射截面频率响应曲线 ( a )，后向散射截面峰值坐落 9 GHz 处，其值等于 -22.68 dBsm；相关于图 1 所示的初始根本单元，依据磁偶极子的超单元发生了 7.16 dB 的后向散射截面增强。

　　为了进一步了解依据磁偶极子的超单元所发生的后向散射截面峰值，在图 4 ( b ) 中制造了 9 GHz 处的磁场强度与电场强度矢量。观察到存在于第一个根本单元和第二个根本单元内的磁场与电场均表现出反相的状况，起伏则彼此挨近。因为两个根本单元之间的距离远小于波长，这种类型的场散布使得依据磁偶极子的超单元类似于一个依据磁偶极子的二元准超方向性阵列。因而，由所规划的超单元发生的准超方向性再辐射有益于增强后向散射截面。

　　依据图 4 ( b ) ，两个介质谐振器根本单元内部及邻近空间中的磁场强度矢量平行于 xy 面，而在 z=0 mm 平面则有电场强度矢量垂直于 xy 面。若将超单元中两个介质谐振器根本单元沿 z 轴的剖面厚度折半，并加载于薄导电板外表，因为薄导电板外表近似于抱负导电体特性，依据时变电磁场边界条件以及镜像原理，在坚持入射波条件不变的前提下，剖面厚度折半且加载于薄导电板外表之后的超单元内部及邻近空间仍可坚持与图 4 ( b ) 中 z ≥ 0 mm 或 z ≤ 0 mm 空间简直相同的磁场强度和电场强度散布，与之随同的准超方向性再辐射故而可用于增强薄导电板在平面电磁波侧向照耀时的后向散射截面。

　　如图 5 所示，关于一块侧向尺度为 la × lb=66 mm × 66 mm ( 2 λ 0 ) 、厚度为 t=2 mm ( 0.06 λ 0 ) 的薄导电板，在其上下外表均加载一个超单元；比较于图 3，超单元中介质谐振器根本单元除沿 z 轴的剖面高度折半之外，其它尺度参数坚持不变。

　　图 6 所示是 9 GHz 处薄导电板上外表的超单元内部及邻近空间场散布。能够观察到当介质谐振器根本单元沿 z 轴的剖面高度折半并贴附于导电外表之后，与图 4 ( b ) 中 z ≥ 0 mm 空间类似的磁场强度和电场强度散布特性得以坚持。因为剖面高度折半，此刻电场强度的半波散布变为 HEM11 δ 方法。一起，贴附于导电外表的这两个根本单元内部的磁场强度与电场强度矢量仍呈现相反的旋向而起伏适当。

　　src=图 6 薄导电板上外表的磁偶极子超单元在 9 GHz 处的内部场散布

　　该场散布特性所建立的准超方向性再辐射，使得上下外表加载了磁偶极子超单元的薄导电板在 9 GHz 处构成了一个值为 -21.5 dBsm 的后向散射截面峰值，如图 7 ( a ) 所示；相关于未加载超单元的薄导电板，磁偶极子超单元加载办法在谐振频率处取得了 31.1 dB 的后向散射截面增强，后向散射截面增幅在 10 dB 以上的频率规模为 8.3～9.28 GHz ( 11.15% ) ，薄导电板的侧向回射才能由此得以提高。

　　此外，在图 7 ( b ) 中给出了 9 GHz 时加载了超单元和未加载超单元的薄导电板在入射侧 xz 面和 xy 面内的双站散射截面，对源于 +x 轴的侧向入射，超单元加载办法环绕入射波方向构成了一个显着的主散射波瓣，薄导电板在侧向入射景象下的散射特性从而得以修正，在 xz 面内双站散射截面增幅大于 10 dB 的角域规模为 128 ° ( θ =90 °± 64 ° ) ，关于 xy 面所示视点则均超越 10 dB。

　　在图 7 ( c ) 中给出了入射波频率为 9 GHz 而入射波视点在 xz 面或 xy 面内改变时的后向散射截面，在规划视点对应的 +x 轴邻近，磁偶极子超单元加载办法在 xz 面和 xy 面内后向散射截面增幅大于 10 dB 的角域规模别离为 30 ° ( θ =90 °± 15 ° ) 和 104 ° ( φ =0 °± 52 ° ) 。因而，所提出的超单元在谐振频率处可明显修正薄导电板的侧向散射特性，并在相对宽带宽角规模内完结有用的侧向回射增强。当薄导电板的侧向尺度或厚度增大时，可选用超单元组阵的方法以添加介质谐振器对侧向回射的奉献。

　　为了验证上述依据全波仿真成果的剖析，进行了样件加工及后向散射截面丈量，样件相片如图 8 所示。

　　侧向尺度为 la × lb=66 mm × 82.5 mm ( 2 λ 0 × 2.5 λ 0 ) 、厚度为 t=2 mm ( 0.06 λ 0 ) 的薄导电板由铝制成，其上下外表的相同方位处贴附了三个沿 y 轴排布的超单元，构成超单元的介质谐振器根本单元由标称值 ε r=25、tan δ e ≈ 0.01 的三氧化二铝陶瓷制成。此外，在铝板上下外表贴附了相对介电常数约为 1.06 的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，结合塑料螺钉，用以固定超单元及介质谐振器根本单元的方位。

　　图 8 加载有磁偶极子超单元的铝板样件相片后向散射截面丈量试验在微波暗室中完结，由一对相同且与矢量网络剖析仪相连的宽带喇叭天线完结发射和接纳，样件和校准铝板位喇叭天线远场区，在沿 +x 到 -x 方向传达的 θ 极化平面电磁波照耀下，经过相对标定法恢复出待测物的后向散射截面。

　　关于加载有磁偶极子超单元的铝板样件，仿线 GHz 处后向散射截面峰值为 -13.5 dBsm，其后向散射截面丈量成果相关于仿真成果发生了必定的频率偏移，测得的后向散射截面峰值坐落 9.24 GHz，其值为 -14.79 dBsm，发生频偏的首要原因是所加工制造的微波陶瓷实践的相对介电常数相关于标称值具有必定程度的负公役。除频偏之外，观察到样件测得的后向散射截面峰值比较于仿真成果呈现了必定的起伏差异，这首要是因为样件选用的微波陶瓷具有介电损耗，而全波仿真模型选用了无耗的长方介质体以便于剖析和评论作业原理及最优成果。

　　相关于铝板未加载景象，后向散射截面增幅超越 10 dB 的频率规模仿线% ) 、丈量成果为 8.25～9.48 GHz ( 13.87% ) 。整体而言，关于加载有磁偶极子超单元的铝板以及未加载的铝板，随频率改变的后向散射截面丈量成果与仿真成果根本符合，验证了此规划的有用性。

　　图 9 样件处于侧向照耀下的后向散射截面仿线 定论本文依据介质谐振器的磁偶极子谐振结构了准超方向性再辐射二元阵，并将其作为超单元以增强薄导电板在平面电磁波侧向照耀下的后向散射截面。所规划的依据磁偶极子的超单元剖面高度仅为 0.078 λ 0，有助于与方针外表的低剖面集成。

　　综上，本文提出的规划具有修正薄导电板侧向回射特性的才能以及低剖面的特色，对小型方针渠道中的类平板状部件的后向散射截面增强规划具有必定的参阅含义，从而为雷达钓饵、海事救援以及智能交通等使用场景供给支撑。修改 张丁月，余蓉

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