雷达在第二次世界大战中得到了迅速的发展,时至今日发展成为能够代表一个国家军事工业先进水平的典型案例。天线作为雷达系统前端的辐射模块,与雷达系统的辐射及散射特性紧密相关。随着雷达隐身和反隐身技术的迅猛发展,天线的隐身受到了各国的广泛关注和研究。天线作为特殊的散射体,具有与普通结构体不同的散射机理;不仅如此,天线在进行雷达隐身的同时还需要保持良好的辐射特性。因此,对于天线雷达截面减缩的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文基于以上背景并结合国家自然基金项目,着重研究了天线雷达截面的减缩方法。此外,对超宽带极化旋转反射面的设计及其在雷达截面减缩方面的应用进行了研究。本文的主要工作可以概括为以下五个方面:1.对Vivaldi天线的散射特性进行研究,并针对单层和双层Vivaldi天线分别提出了不同的雷达截面减缩方法,设计了两种不同的低雷达截面的Vivaldi天线。对于单层Vivaldi天线,通过分析天线被平面波照射时的表面电流分析其主要的散射机理,在此基础上通过改变天线边缘的形状实现天线雷达截面的减缩;对于双层Vivaldi天线,通过在天线的两个边缘加载金属柱而形成半模基片集成波导,对入射波起到导行的作用,从而实现天线雷达截面的减缩。2.研究了频率选择表面在天线带内雷达截面减缩中的应用。以微带天线为例,分别设计了基于开口谐振环结构的极化相关的带通型频率选择表面和准互补结构的极化相关频率选择表面,并且将它们应用于微带天线的地板上。基于开口谐振环结构的极化相关的带通型频率选择表面,其通带和微带天线的工作频带相同,因为所设计的频率选择表面具有极化相关的特性,所以通过将频率选择表面正交旋转加载在天线贴片周围的地板上,可以使天线基本保持原有的辐射特性的同时实现天线带内的雷达截面减缩。准互补结构的极化相关频率选择表面,对于正交的入射波,该频率选择表面分别呈现带通和带阻的特性,利用正交的排布方式,可以实现天线带内和带外的宽带雷达截面减缩。3.对缝隙耦合馈电的基于超材料的天线的辐射和散射特性进行了研究。利用超材料的周期性结构,在相对较窄的频带内可以激励起更多的谐振模式。通过将这些谐振点连在一起,可以展宽天线的带宽。不仅如此,利用超材料周期性结构的零度反射相位,实现天线自身雷达截面的减缩。通过将超材料在辐射和散射方面的优点结合在一起,实现高性能的低雷达截面天线的设计。4.针对高效率宽带极化旋转反射面的设计进行了研究。通过采用非对称金属柱的加载方法,将AMC型极化旋转反射面的带宽从28%提高到了49%。采用L形贴片的极化旋转反射面的带宽可以达到103.6%,但是其极化旋转率较低。为了得到高效率带宽的极化旋转反射面,将矩形和L形两种贴片组合在一起,形成双贴片的极化旋转反射面,并加载介质覆层,极化旋转反射面的带宽拓展到98%。在介质覆层的基础上,还对超表面覆层进行了研究,当双L形贴片的极化旋转反射面结构加载超表面覆层时,其带宽可以达到126%。5.提出了极化旋转反射面实现雷达截面减缩的方法,并将其应用于低雷达截面的宽带高增益圆极化天线设计。通过对极化旋转反射面一致排布和正交排布两种排布方法实现雷达截面减缩原理的研究和分析,得到了其雷达截面减缩的特点:一致排布时能实现同极化雷达截面的减缩,且仅对特定极化的入射波有较好的减缩效果;正交排布不仅可以实现雷达截面的整体减缩,同时对任意极化的入射波都能够实现良好的雷达截面减缩效果。将加载非对称金属柱的矩形极化旋转反射面应用于圆极化天线的设计,通过缝隙耦合馈电激励4×4的极化旋转反射面,可以实现宽带高增益的圆极化辐射特性。在此基础上,将人工磁导体结构和该圆极化天线相结合,实现低雷达截面的宽带高增益圆极化天线。