一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法技术

本发明专利技术提供了一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法，属于天线罩优化领域，隐身天线罩包括两层介质基板，每层介质基板上下面均覆有铜质金属贴片，优化方法包括：选择优化变量；构建优化问题的目标函数，给定约束条件；使用遗传算法作为优化器，对金属结构参数进行优化，在保证微波频段的特性的同时增加红外的占空比；通过不同频段对结构尺寸的响应不同增加金属占空比。本发明专利技术根据红外发射率与金属填充比例之间的关系，根据设定的优化目标实现了双目标的优化；优化目标为微波频段的频率选择特性尽量保持不变的情况下，随机增加金属贴片以降低红外发射率，通过优化目标实现了微波与红外的兼容；通过增加金属占空比，实现了红外发射率的降低。射率的降低。射率的降低。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法


[0001]本专利技术属于天线罩
，具体涉及一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法。

技术介绍

[0002]天线罩(radome)是保护天线系统免受外部环境影响的结构物，其在机械性能上具有良好的力学性能，能够抵御各种恶劣环境从而保护天线正常工作。在电磁性能上，其具有良好的透波特性，减少对电磁波的传输影响，天线罩是电磁防护中的重要部件。
[0003]低RCS天线罩的起源可以追溯到上世纪50年代，俄罗斯最早实现了通过等离子体实现低RCS天线罩，减少被探测到的概率。在90年代，俄罗斯实现了90％以上的RCS缩减天线罩。我国对这方面研究起步较晚，从上世纪90年代开始，由于各类军工以及民用的应用需求，低RCS天线罩成为一个研究热点。目前，常用的天线罩以频率选择表面(frequency selective surface：FSS)为主，其电磁性能表现为工作带宽内显示为通带特性，工作频带外显示为阻带特性。随着设备集成度的提高，单频谱的功能难以满足日益增长的功能需求。因此，提高设备的集成度，进而实现多频谱兼容隐身对天线防护方面具有重要的应用价值。
[0004]现如今，战场上许多军事目标，特别是运动目标，如坦克、军舰和导弹装载车等，都拥有大功率的动力源，运动时会产生强烈的红外辐射。对于空中飞行目标，飞行器在飞行过程中，由于发动机及气动加热使目标辐射大量的红外线。据统计，马岛战争后的30年间，各国在战争中所损失的约1600架飞机中，80％以上都是被红外制导武器所击落的。红外制导武器在战争中应用日益广泛，针对红外隐身技术的研究迫在眉睫。目前，工作在不同频段且工作原理不同的各种探测器被组合起来应用于探测，单一频段的隐身技术已经无法满足战场需求，多频段兼容隐身成为了研究热点。
[0005]随着区块链、大数据、人工智能等领域的发展，智能算法优化设计成为了一种设计理念和发展趋势。通过智能算法优化设计的方法来设计天线罩，区别于传统设计方法，通过新型电磁超材料实现多频谱兼容的电磁超表面天线罩是一个新的研究热点。
[0006]因此，本申请提出一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法。
[0008]为实现多频谱兼容天线罩，本专利技术提出了一种基于多次遗传算法优化设计的方法来实现雷达
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红外兼容超表面，设计并实现了一款雷达红外兼容隐身天线罩，是实现多频谱兼容的一项基础方案。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法，所述隐身天线罩包括两层介质基板，每层所述介质基板上下面均覆有铜质金属贴片，所述优化方法包括以下步骤：
[0011]选择优化变量；
[0012]构建优化问题的目标函数，给定约束条件；
[0013][0014][0015]其中，R为实数集，D表示定义域，D在实数范围内取值，f(x)为优化问题的目标函数，x为优化变量，h
l
(x)和g
m
(x)分别为等式约束条件和不等式约束条件；L＝0时，优化问题退化为不等式约束条件，当M＝0时，优化问题退化为等式约束条件；L＝0,M＝0时，优化问题退化为无约束优化问题；
[0016]使用遗传算法作为优化器，对金属结构参数进行优化，在保证微波频段特性的同时增加红外的占空比；通过不同频段对结构尺寸的响应不同增加金属占空比，获得优化后的隐身天线罩。
[0017]优选地，所述获得优化后的隐身天线罩的过程具体包括：
[0018]利用第一次遗传算法对金属面积进行优化，在微波频段内优化出预定宽度的带宽和预定含量的金属占空比的基本单元；
[0019]利用第二次遗传算法在基本单元的基础上填充离散化的金属贴片，将金属贴片与基本单元进行合并，得到最终优化结构。
[0020]本专利技术提供的雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法具有以下有益效果：
[0021]本专利技术根据红外发射率与金属填充比例之间的关系，根据设定的优化目标实现了双目标的优化。优化目标为微波频段的频率选择特性尽量保持不变的情况下，随机增加金属贴片以降低红外发射率，通过优化目标实现了微波与红外的兼容。在保证频率选择特性的前提下，通过增加金属占空比，实现了红外发射率的降低，优化后的天线罩制作工艺简单，设计结构简单，具有强的实用性。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例1提供的雷达红外兼容的隐身天线罩的基本结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例1提供的雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法的流程图；
[0025]图3为第一次遗传算法优化的中目标函数值的变化图；
[0026]图4为优化单元的结构；
[0027]图5为优化单元的S参数；
[0028]图6为第二次遗传算法优化的中目标函数值的变化图；
[0029]图7为第二次优化后的表面图案；
[0030]图8为优化后的图案表面电流监测图；
[0031]图9为不同层最终加工样品图案；
[0032]图10为反射率测试结果与仿真结果对比图。
具体实施方式
[0033]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0034]实施例1
[0035]本专利技术提供了一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法，隐身天线罩包括两层介质基板，每层介质基板上下面均覆有铜质金属贴片，初始化的频率选择表面结构如附图1所示，总共有五层组成，其中包括：两层介质基板(F4B材质)、三层金属贴片(铜)。在此结构下，可以实现微波频段的频率选择特性以及红外低发射率特性。通过增加微小金属贴片提高金属占空比，进而降低红外发射率，同时保持微波频段的频率选择特性，在基本单元的基础上增加金属贴片的面积来增加金属占空比，进而实现红外发射率的降低。
[0036]优化的过程如图2所示，具体包括以下步骤：
[0037]步骤1、选择优化变量；
[0038]步骤2、构建优化问题的目标函数，给定约束条件；
[0039][0040][0041]其中，R为实数集，D表示定义域，D在实数范围内取值，f(x)为优化问题的目标函数，x为优化变量，h
l
(x)和g
m
(x)分别为等式约束条件和不等式约束条件；L＝0时，优化问题退化为不等式约束条件，当M＝0时，优化问题退化为等式约束条件；L＝0,M＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达红外兼容的隐身天线罩优化方法，其特征在于，所述隐身天线罩包括两层介质基板，每层所述介质基板上下面均覆有铜质金属贴片，所述优化方法包括以下步骤：选择优化变量；构建优化问题的目标函数，给定约束条件；minf(x),minf(x),其中，R为实数集，D表示定义域，D在实数范围内取值，f(x)为优化问题的目标函数，x为优化变量，h
l
(x)和g
m
(x)分别为等式约束条件和不等式约束条件；L＝0时，优化问题退化为不等式约束条件，当M＝0时，优化问题退化为等式约束条件；L＝0,...

【专利技术属性】
技术研发人员：王甲富，朱瑞超，随赛，徐翠莲，王军，王晓峰，朱颖，贾宇翔，屈绍波，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：