宽频带吸波/反射状态可电控切换龙伯透镜反射器设计

吴祯; 支迦豪; 李荣浩; 武亚君; 曹群生; 王毅

doi:10.12265/j.cjors.2023107

宽频带吸波/反射状态可电控切换龙伯透镜反射器设计

吴祯^{1, 2, ,},
支迦豪^2,,
李荣浩^2,,
武亚君^1,,
曹群生^2, ,,
王毅^2,

1.
散射辐射全国重点实验室, 上海 200438
2.
南京航空航天大学电子信息工程学院, 南京 210016

基金项目: 国家自然科学基金面上项目(61871219)

详细信息

作者简介:
吴祯: (1999―)，男，安徽人，南京航空航天大学电子信息工程学院硕士，现在上海无线电设备研究所工作，研究方向为目标散射特性分析、龙伯透镜设计方法与应用、频率选择表面. E-mail: wuzhen1211@nuaa.edu.cn

支迦豪: (1999―)，男，浙江人，南京航空航天大学电子信息工程学院硕士生，研究方向为龙伯透镜设计方法与应用. E-mail: zhijiahao@nuaa.edu.cn

李荣浩: (1997―)，男，内蒙古人，南京航空航天大学电子信息工程学院硕士，现为东南大学博士生，研究方向为多功能可重构天线、超材料结构设计. E-mail: nuaalrh@163.com

武亚君: (1974―)，女，辽宁人，上海无线电设备研究所研究员，中国航天科技集团学科带头人，主要从事目标与环境特性、太赫兹目标RCS等技术研究. E-mail: sh802htwyj@sina.com

曹群生: (1959―)，男，安徽人，南京航空航天大学电子信息工程学院教授，博士生导师，研究方向为计算电磁学方法、微波与天线技术. E-mail：qunsheng@nuaa.edu.cn

王毅: (1983―)，男，山东人，南京航空航天大学电子信息工程学院副教授，硕士生导师，研究方向为电磁材料结构设计与应用. E-mail：jflsjfls@nuaa.edu.cn

通信作者:
吴祯 E-mail: wuzhen1211@nuaa.edu.cn

曹群生 E-mail: qunsheng@nuaa.edu.cn

中图分类号: TN820.8⁺4
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出版历程
- 收稿日期: 2023-04-15
- 网络出版日期: 2023-11-06
- 刊出日期: 2023-12-30

Design of a Luneburg lens reflector with adjustable broadband absorption/reflection function

WU Zhen^{1, 2, ,},
ZHI Jiahao^2,,
LI Ronghao^2,,
WU Yajun^1,,
CAO Qunsheng^2, ,,
WANG Yi^2,

1.
National Key Laboratory of Scattering and Radiation, Shanghai 200438, China
2.
College of Electronic Information Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

摘要

摘要:
本文对传统的龙伯透镜反射器采用有源频率选择表面（active frequency selective surface, AFSS）技术进行电磁结构的设计，用具有吸波/反射可切换的AFSS龙伯透镜反射器代替金属反射板，达到对入射电磁波的反射强度和雷达散射截面（radar cross section, RCS）大小可调、工作状态可切换的主动型龙伯透镜反射器. 仿真结果表明，在X波段内，设计的新型龙伯透镜反射器可实现吸波/反射功能的可切换以及单站RCS可调，大小相差约8 dB. 通过对龙伯透镜AFSS反射器进行实物加工与测试，测试结果和仿真结果较为吻合，实现了龙伯透镜反射器在一定频段内工作状态切换和RCS可调.
- 龙伯透镜反射器 /
- 有源频率选择表面(AFSS) /
- 电磁波吸收/反射 /
- 电磁特性可切换 /
- 雷达散射截面(RCS)
Abstract:
This paper will use active frequency selective surface (AFSS) technology to design the electromagnetic structure of traditional Luneburg lens reflectors. AFSS Luneburg lens reflectors with switchable absorption/reflection will be used instead of metal reflectors to achieve an active Luneburg lens reflector that can adjust the reflection intensity/radar cross section (RCS) size of incident electromagnetic waves and switch the working state. The simulation results show that the designed new Luneburg lens reflector can achieve switchable absorption/reflection functions and adjustable monostatic RCS in the X-band, with a difference of about 8 dB. Finally, the physical processing and testing of the new Luneburg lens are carried out, and the measure results are in good agreement with the simulation results, achieving the switching of the working state of the Luneburg lens reflector within a certain frequency band and the adjustable RCS.
- Luneburg lens /
- active frequency selective surface (AFSS) /
- electromagnetic wave absorption/reflection /
- switchable electromagnetic characteristics /
- radar cross section (RCS)

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0 引　言

随着卫星通信和雷达隐身技术的迅速发展，雷达作为一种对飞行器、舰船、导弹等目标物体进行侦查和识别的电磁设备备受关注. 雷达散射截面(radar cross section, RCS)作为一种度量待测目标物体在入射电磁波的照射下产生的回波强度，是衡量隐身性能优劣的一项重要指标，可应用于目标识别、雷达抗干扰和电磁隐身等领域^[1]，因此对目标物体RCS的研究至关重要.

在现代电子对抗中，反射器发挥了举足轻重的作用，最常见的角反射器可以产生较大的RCS，模拟飞行器或者舰船等目标物体的雷达反射信号特征. 与角反射器类似的还有龙伯透镜反射器，具有增大目标物体的RCS的特性，且反射性能更加优良，可提供无源宽带且广角的雷达信号增强^[2-3].

龙伯透镜为球型对称结构，理论表明，龙伯透镜由内到外的相对介电常数 ${\varepsilon }_{{\mathrm{r}}}$ 渐变. 球体的最内层到最外层的相对介电常数逐渐从 2.0变化到 1.0^[4-5]. 透镜球内任一点处的ε_r与所处位置r的关系为^[6-7]

${\varepsilon _{\text{r}}} = 2 - {\left( {\frac{r}{R}} \right)^2}$

(1)

式中：r为球内任意点到球心的距离；R为透镜的半径. 计算可得1≤ ${\varepsilon }_{\mathrm{r}}$ ≤2.

传统的龙伯透镜反射器是由龙伯透镜和涂敷其表面的金属或者加载的金属板构成，是电子对抗中最重要的虚假目标和雷达诱饵之一^[8-9]，可提供无源宽带并且广角的雷达信号增强，具有相对较大的RCS和较宽的散射宽度，理论上RCS比具有相同尺寸的角反射器大30倍^[10-12]. 在目标特性变化的复杂电磁环境下，改变目标的RCS的研究备受关注. 文献[13]提出了龙伯透镜有源反射器功能可切换的设计，实现了频率4.2 GHz的反射/透射功能可切换.

本文将有源频率选择表面(active frequency selective surface, AFSS)设计技术引入龙伯透镜反射器中，利用PIN二极管的微波开关，设计了一款宽频带功能可切换的龙伯透镜反射器，实现对入射电磁波在整个X波段的工作状态可切换，并实现了RCS幅度可调功能.

1 AFSS反射器的电性能仿真分析

1.1 AFSS单元的设计

图1为具有宽带吸波/反射功能可切换的AFSS整体结构，包括金属贴片、金属通孔、介质基板、空气层、金属地板和偏置馈线电路，其中PIN二极管等有源器件的偏置馈线网络嵌入在AFSS的单元结构中，可减少有源器件专用的馈线网络给AFSS带来的一些寄生参数的耦合效应^[14-15]. 图1(a)与(b)分别为AFSS层的上、下结构，结构的介质基底为F4BME材料，相对介电常数为2.2，金属贴片单元刻蚀介质基板上，且一个完整AFSS单元上有8个金属通孔，部分金属贴片通过这些金属通孔从下层连接起来.

图 1 宽带吸波/反射功能可切换的AFSS单元

Fig. 1 Wide-band absorption/reflection function switchable AFSS unit

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AFSS结构的单元周期p为30 mm，上层金属贴片宽度w为2 mm，每个单元包含8个SKYWORKS制造商制造的SMP1320型号SOD323封装的PIN二极管和16个阻值为240 Ω的电阻. 放置电阻和PIN二极管的两贴片宽度l₁和l₂分别为1 mm和1.2 mm，介质基板厚度h₁为0.8 mm，空气层厚度h₂为7 mm，金属通孔半径r为0.25 mm，介质基板下层金属长度l₃为4.6 mm.

1.2 AFSS单元的等效电路分析

为验证提出的AFSS结构的正确性，利用等效电路模型(equivalent-circuit model, ECM)对结构进行预分析. 分别绘制了PIN二极管在导通（ON）和截止（OFF）状态下的ECM. 当PIN二极管处于ON状态时，可以用一个1.5 nH的电感 ${L}_{\mathrm{o}\mathrm{n}}$ 和一个0.75 $\mathrm{\Omega }\mathrm{的}$ 小电阻 ${R}_{\mathrm{o}\mathrm{n}}$ 串联表示；当PIN二极管处在OFF状态下，PIN二极管可以建模为一个0.23 pF的电容 ${C}_{\mathrm{o}\mathrm{f}\mathrm{f}}$ . AFSS结构上层的金属贴片可以等效为电感 ${L}_{\mathrm{s}}$ ，水平金属贴片和垂直金属贴片之间的间隙可以等效为电容 ${C}_{\mathrm{s}}$ ，上层金属和下层金属贴片连接的金属通孔可以等效为电感 ${L}_{\mathrm{s}1}$ ，PIN二极管和集总电阻的间隙可以分别建模为两个电容 ${C}_{\mathrm{s}1}$ 和 ${C}_{\mathrm{s}2}$ . 介质基板可以用特性阻抗为 ${Z}_{1}$ = ${Z}_{0}$ / $\sqrt{{\varepsilon }_{\mathrm{r}}}$ 的传输线来表示，其中 ${Z}_{0}$ 是自由空间的特性阻抗.

图 2 AFSS单元的ECM

Fig. 2 Equivalent circuit model of the AFSS unit

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运用射频电路仿真软件ADS模拟ECM，并计算AFSS单元的反射系数. 当PIN二极管处于ON状态时，优化后的ECM参数分别为 ${L}_{{\mathrm{s}}}$ =6.3 nH、 ${C}_{{\mathrm{s}}}$ =0.24 pF、 ${L}_{{\mathrm{s}}1}$ =0.98 nH、 ${C}_{{\mathrm{s}}1}$ =0.156 pF、 ${C}_{{\mathrm{s}}2}$ =0.035 pF和 ${R}_{{\mathrm{s}}}$ =471 $\mathrm{\Omega }$ ；当PIN二极管处于OFF状态时，ECM优化参数分别为 ${L}_{\mathrm{s}}$ =6.73 nH、 ${C}_{\mathrm{s}}$ =0.126 pF、 ${L}_{\mathrm{s}1}$ =0.35 nH、 ${C}_{\mathrm{s}1}$ =0.163 pF、 ${C}_{{\mathrm{s}}2}$ =0.025 pF和 ${R}_{\mathrm{s}}$ =478 $\mathrm{\Omega }$ . AFSS单元结构最下层是金属地板，根据反射参数变化实现AFSS不同功能的切换. 图3为ADS 计算和全波电磁仿真软件CST仿真的反射系数结果. 当PIN二极管处于ON状态时，AFSS表现为反射状态；当PIN二极管处于OFF状态时，AFSS表现为吸波状态. 导通状态的AFSS在X波段内反射系数均在−5 dB以上，具有良好的反射特性；截止状态的AFSS在X波段均在−15 dB以下，具有良好的吸波特性，AFSS结构在两种状态下的隔离度超过15 dB，有明显的切换功能. 还可看出，ADS计算结果与CST仿真结果基本一致，谐振频点稍微有点频偏，且谐振深度不同，但均在可接受范围之内，验证了提出的AFSS结构的正确性.

图 3 AFSS在PIN二极管不同状态下的反射系数

Fig. 3 Reflection coefficient of AFSS in different states of PIN diodes

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1.3 AFSS单元的角度稳定性分析

通常反射板会以某一入射方向(如法向方向)为基准固定在龙伯透镜的焦点处，由于平面波通过龙伯透镜后会有聚焦效应，入射到AFSS反射板的方向会发生改变，因此我们所提出的龙伯透镜反射器对角度稳定性有较高的要求. 另一方面，AFSS反射器中的FSS单元对入射的不同极化电磁波需要对称性来强化极化选择性，并可以利用小型化技术来设计AFSS单元，以提高不同极化方式下的角度稳定性.

通过CST进行仿真和分析AFSS单元对TE极化状态的角度稳定性，图4为AFSS单元从0°～30°角度下的反射系数参数. 可以看出，TE极化下ON和OFF状态AFSS 单元的谐振频率在0°～30°基本保持不变，即在导通时反射系数在谐振频点处小于−10 dB，截止时反射系数大于−5 dB，表现出良好的角度稳定性. 由于AFSS对角度的不敏感，在入射角较大时仍能保持良好的反射和透射性能，可以满足加载AFSS龙伯透镜反射器的要求^[16].

图 4 TE极化下AFSS在0°～30°的反射系数

Fig. 4 Reflection coefficient of AFSS for TE polarization at 0°−30°

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2 X波段的龙伯透镜设计

设计层数为10、直径为305 mm的龙伯透镜，其最内层的半径一般为0.4R～0.6R，R为龙伯透镜的半径，选取最内层半径为80 mm，即0.525R. 为尽可能减少损耗，其他每层球壳的厚度为 λ/4～λ/2，λ选取X波段中心频点10 GHz处的波长，为30 mm. 剩余的九层中每层厚度约8 mm，介于λ/4=7.5 mm和λ/2=15 mm之间. 采用CST对龙伯透镜进行电磁建模，图5为其示意图，相应龙伯透镜各层的特性参数如表1所示.

图 5 龙伯透镜切面示意图

Fig. 5 Schematic diagram of the Luneburg lens section

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表 1 X波段龙伯透镜特性参数

Tab. 1 X-band Luneburg lens characteristics

层数	半径/mm	相对介电常数 ${\varepsilon }_{\mathrm{r}}$
1	80.050	1.862
2	88.025	1.696
3	96.550	1.634
4	104.500	1.565
5	112.575	1.493
6	120.525	1.416
7	128.550	1.333
8	136.575	1.244
9	144.525	1.151
10	152.500	1.051

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2.1 透镜焦点位置的确定

图6为10 GHz平面波入射时，电场强度沿龙伯透镜的水平z轴上的分布，其在距球心141 mm的位置上的电场强度最大. 选择龙伯透镜外部电场强度最大的点作为焦点，将馈源或AFSS反射板置于焦点处，从图6可以看出在龙伯透镜外部电场强度最大的位置是在距离球心160 mm处，即焦点位置处.

图 6 10 GHz平面波入射龙伯透镜后沿水平z轴的电场强度

Fig. 6 Electric field intensity distribution of Luneburg lens along z-axis when plane wave incident at 10 GHz

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图7为10 GHz频率下TE极化的平面波入射到龙伯透镜的电场图，可以看出龙伯透镜表现出良好的聚焦特性.

图 7 龙伯透镜焦点

Fig. 7 Focal point of the Luneburg lens

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2.2 透镜天线高增益的验证

为验证所设计的直径为305 mm的 10层X波段龙伯透镜的高增益特性，在龙伯透镜的焦点处放置一个X波段的角锥喇叭，如图8所示.

图 8 龙伯透镜天线仿真模拟图

Fig. 8 Simulation diagram of the Luneburg lens antenna

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图9为龙伯透镜天线与未加载龙伯透镜的角锥喇叭方向图的对比. 可以看出，角锥喇叭天线在未加载龙伯透镜时的增益为12.9 dBi，而龙伯透镜焦点处放置天线后的增益提高到了27.2 dBi，表明龙伯透镜可明显提高增益.

图 9 龙伯透镜天线与角锥喇叭在频率10 GHz下的辐射方向图

Fig. 9 Radiation patten of the Luneburg lens antenna and pyamid horn at 10 GHz

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3 宽频带功能可切换AFSS反射器的仿真验证

当龙伯透镜设计完成后，AFSS宽频带功能可调反射器需要针对不同工作频率的入射平面波经过龙波透镜产生的状态变化进行研究. 龙伯透镜有源反射器由一个10×10单元组成的AFSS构成，AFSS反射板放置在距离球心160 mm的焦点位置，图10为龙伯透镜反射器的结构示意图.

图 10 龙伯透镜反射器示意图

Fig. 10 Schematic diagram of the Luneburg lens reflector

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图11为在8 GHz、9 GHz、10 GHz、11 GHz和12 GHz频点下龙伯透镜RCS仿真值. 当PIN二极管处于ON状态时，AFSS反射板处于反射状态，五个频点对应的龙伯透镜反射器单站RCS均在15 dB左右；当PIN二极管处于OFF状态时，也就是AFSS反射板处于吸波状态时，五个频点对应的龙伯透镜AFSS反射器单站RCS均在6 dB左右. 可见龙伯透镜AFSS功能可切换反射器具有明显的RCS可调特性，其与AFSS吸波状态相比，反射状态反射系数大小有很明显的提升.

图 11 五个频点下龙伯透镜反射器的RCS仿真结果

Fig. 11 RCS simulation result for the Luneburg lens reflector at five frequencies

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4 龙伯透镜反射器的实物验证与结果分析

4.1 实物制作

直径为305 mm的10层龙伯透镜实物如图12所示. 采用标准PCB板为龙伯透镜反射器的AFSS反射板，在F4BME介质基底的上下表面制作了10×10单元的金属周期阵列，金属单元采用35 μm厚度的铜，并且对表面进行沉锡处理，如图13所示. 最终加工后的AFSS反射板总体尺寸为361 mm × 361 mm，四周以及中间分别用了四根尼龙柱来固定金属地板和刻有AFSS结构的介质层，保证了中间空气层的厚度.

图 12 龙伯透镜、AFSS反射器以及测试固定薄膜

Fig. 12 Luneburg lens, AFSS reflector and testing fixed film

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图 13 AFSS反射板实物图

Fig. 13 Fabricated measured prototype of AFSS

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4.2 测试结果与分析

图14为龙伯透镜反射器的测试环境图. CST仿真模拟中选用平面波激励，实际测试过程满足远场条件时天线发射的电磁波近似为平面波，因此保持收发天线到转台距离约为2 m，并将放置在EPS泡沫圆形凹槽中央的龙伯透镜连同AFSS反射器固定在转台装置，使得反射器正面与天线信号发射方向垂直，即0°角度入射.

图 14 龙伯透镜反射器测试环境

Fig. 14 Measurement environment for the Luneburg lens reflector

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图15为X波段的电磁波垂直入射龙伯透镜反射器时，在PIN二极管处于ON/OFF状态下测试的反射系数. 可以看出：AFSS反射板处于反射状态的反射系数均在−5 dB以上；而当处于吸波状态时，8～9.25 GHz内反射系数低于−20 dB，9.25～12 GHz反射系数在−20 dB左右. 两种状态下反射系数的起伏度均大于15 dB，且测试结果和仿真结果具有良好的一致性，说明龙伯透镜反射器具有良好的宽带反射/吸波可切换的功能.

图 15 龙伯透镜AFSS反射器反射系数测试值与仿真值

Fig. 15 Comparison of measured and simulated values of the reflection coefficient of the Luneburg AFSS reflector

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为测量单站RCS，采用半径为9 cm的金属球作为参考定标物体，设被测物体的未知RCS为 ${\sigma }_{\mathrm{u}}$ ，可由公式(2)计算^[17]：

${\sigma _{\text{u}}} = \frac{{{{\left| {{S_{11\_{\text{u}}}}} \right|}^2}}}{{{{\left| {{S_{11{\text{\_}}{\text{ref}}}}} \right|}^2}}}*{\sigma _{{\text{ref}}}}$

(2)

式中： ${S}_{11\_\mathrm{u}}$ 和 ${S}_{11\_\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{f}}$ 分别为未知目标和参考目标在矢量网络分析仪中测量的反射系数； ${\sigma }_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{f}}$ 为参考定标物体的RCS.

图16分别为8 GHz、9 GHz、10 GHz、11 GHz和12 GHz五个频点下的单站RCS测试值. 可以看出：当PIN二极管处于ON状态时，五个频点下的龙伯透镜AFSS功能可切换反射器的单站RCS均在 9 dB左右；当PIN二极管处于OFF状态时，五个频点下的龙伯透镜AFSS功能可切换反射器的单站RCS均在1 dB左右. 可以看出这五个频点下龙伯透镜AFSS反射器可以实现RCS的变化，且有很明显的RCS增强特性. 测试结果与仿真结果较为一致但存在误差，当PIN二极管处于ON状态时，实测的单站RCS值未能达到仿真值的15 dB，AFSS反射板在低频时的吸波深度没有仿真时明显. 这是因为仿真使用的PIN二极管等效模型和实际的PIN二极管性能指标有差异，且龙伯透镜加工中产生的误差会影响龙伯透镜的焦点位置和对平面波的聚焦特性.

表2分别从反射器是否为有源、工作状态以及工作带宽三个方面，将本文设计的龙伯透镜 AFSS 反射器与公开发表文献中的龙伯透镜反射器功能等进行比较. 可以看出，本文提出的龙伯透镜反射器的工作状态可灵活切换，并且具有较宽的工作带宽，具有更广泛的应用领域.

图 16 五个频点下龙伯透镜反射器的RCS测试值

Fig. 16 RCS measured values for the Luneburg lens reflector at five frequencies

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表 2 本文提出结构与其他反射器的对比

Tab. 2 Comparison of the reflector structure in this paper and other literatures

文献	是否有源	工作状态	工作带宽/GHz
[11]	无源	单一	16
[12]	无源	无应用	12.5
[13]	有源	可切换	4.2
本文	有源	可切换	8～12

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5 结　论

本文提出了一种工作在X波段且吸波/反射功能状态可电控切换的龙伯透镜反射器，对入射电磁波实现了工作状态可切换，实现了RCS可调的功能. 并设计了一款直径305 mm的10层介质龙伯透镜，通过研究龙伯透镜的聚焦效应、电场强度分布和龙伯透镜对角锥喇叭方向图的影响发现，加载龙伯透镜的天线增益相对提高了14.3 dBi. 实物测试结果表明，10×10单元的AFSS反射板在X波段内实现了吸波/反射两种工作状态可切换，对应的反射参数的起伏度均大于15 dB，当PIN二极管处于ON/OFF状态时，测试的X波段内龙伯透镜AFSS功能可切换反射器的单站RCS分别约为 9 dB和 1 dB. 实验结果验证了所设计的基于AFSS功能可切换的龙伯透镜反射器的正确性，也正是因为其功能可切换，RCS可调以及带宽相对较宽的特点，相较于其他传统的无源反射器更能适应复杂的电磁环境.

在未来龙伯透镜透镜不再局限于结构传统的球状，近些年，随着超材料技术和 3D 打印的技术不断更新以及转换光学的理论的提出，这样一来利于与其他结构进行共形设计，作为天线时与馈电系统集成更加方便. 同时以后会更加关注柔性AFSS 共形技术的研究，柔性的 AFSS 易于弯曲并且可作为曲面反射板，在实际应用中曲面反射板更利于与龙伯透镜集成，这样的设计更满足实际应用的需求.

图 1 宽带吸波/反射功能可切换的AFSS单元

Fig. 1 Wide-band absorption/reflection function switchable AFSS unit

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图 2 AFSS单元的ECM

Fig. 2 Equivalent circuit model of the AFSS unit

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图 3 AFSS在PIN二极管不同状态下的反射系数

Fig. 3 Reflection coefficient of AFSS in different states of PIN diodes

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图 4 TE极化下AFSS在0°～30°的反射系数

Fig. 4 Reflection coefficient of AFSS for TE polarization at 0°−30°

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图 5 龙伯透镜切面示意图

Fig. 5 Schematic diagram of the Luneburg lens section

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图 6 10 GHz平面波入射龙伯透镜后沿水平z轴的电场强度

Fig. 6 Electric field intensity distribution of Luneburg lens along z-axis when plane wave incident at 10 GHz

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图 7 龙伯透镜焦点

Fig. 7 Focal point of the Luneburg lens

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图 8 龙伯透镜天线仿真模拟图

Fig. 8 Simulation diagram of the Luneburg lens antenna

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图 9 龙伯透镜天线与角锥喇叭在频率10 GHz下的辐射方向图

Fig. 9 Radiation patten of the Luneburg lens antenna and pyamid horn at 10 GHz

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图 10 龙伯透镜反射器示意图

Fig. 10 Schematic diagram of the Luneburg lens reflector

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图 11 五个频点下龙伯透镜反射器的RCS仿真结果

Fig. 11 RCS simulation result for the Luneburg lens reflector at five frequencies

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图 12 龙伯透镜、AFSS反射器以及测试固定薄膜

Fig. 12 Luneburg lens, AFSS reflector and testing fixed film

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图 13 AFSS反射板实物图

Fig. 13 Fabricated measured prototype of AFSS

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图 14 龙伯透镜反射器测试环境

Fig. 14 Measurement environment for the Luneburg lens reflector

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图 15 龙伯透镜AFSS反射器反射系数测试值与仿真值

Fig. 15 Comparison of measured and simulated values of the reflection coefficient of the Luneburg AFSS reflector

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图 16 五个频点下龙伯透镜反射器的RCS测试值

Fig. 16 RCS measured values for the Luneburg lens reflector at five frequencies

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表 1 X波段龙伯透镜特性参数

Tab. 1 X-band Luneburg lens characteristics

层数	半径/mm	相对介电常数 ${\varepsilon }_{\mathrm{r}}$
1	80.050	1.862
2	88.025	1.696
3	96.550	1.634
4	104.500	1.565
5	112.575	1.493
6	120.525	1.416
7	128.550	1.333
8	136.575	1.244
9	144.525	1.151
10	152.500	1.051

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表 2 本文提出结构与其他反射器的对比

Tab. 2 Comparison of the reflector structure in this paper and other literatures

文献	是否有源	工作状态	工作带宽/GHz
[11]	无源	单一	16
[12]	无源	无应用	12.5
[13]	有源	可切换	4.2
本文	有源	可切换	8～12

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参考文献(17)

[1]	吴东辉. 基于AFSS 和龙伯透镜的目标散射特性研究与应用[D]. 南京:南京航空航天大学,2021. WU D H. Research and application of target scattering characteristics based on AFSS and Luneburg lens[D]. Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,2021. (in Chinese)
[2]	钟鸣海. 分层龙伯透镜天线技术研究[D]. 成都:电子科技大学,2009. ZHONG M H. Research on layered luneburg lens antenna technology[D]. Chengdu:University of Electronic Science and Technology of China,2009. (in Chinese)
[3]	GUILLET J P,CATARINO M,BONNAUD M,et al. Millimeter waves reflector with Lüneburg lenses[C]// The 37th International Conference on Infrared,Millimeter,and Terahertz Waves,2012:1-2.
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0 引　言
1 AFSS反射器的电性能仿真分析
1.1 AFSS单元的设计
1.2 AFSS单元的等效电路分析
1.3 AFSS单元的角度稳定性分析
2 X波段的龙伯透镜设计
2.1 透镜焦点位置的确定
2.2 透镜天线高增益的验证
3 宽频带功能可切换AFSS反射器的仿真验证
4 龙伯透镜反射器的实物验证与结果分析
4.1 实物制作
4.2 测试结果与分析
5 结　论

0 引　言
1 AFSS反射器的电性能仿真分析
1.1 AFSS单元的设计
1.2 AFSS单元的等效电路分析
1.3 AFSS单元的角度稳定性分析
2 X波段的龙伯透镜设计
2.1 透镜焦点位置的确定
2.2 透镜天线高增益的验证
3 宽频带功能可切换AFSS反射器的仿真验证
4 龙伯透镜反射器的实物验证与结果分析
4.1 实物制作
4.2 测试结果与分析
5 结　论

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宽频带吸波/反射状态可电控切换龙伯透镜反射器设计

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吴祯 E-mail: wuzhen1211@nuaa.edu.cn

曹群生 E-mail: qunsheng@nuaa.edu.cn

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