超宽带(UWB)冲激雷达目标探测中时域天线阵列波束延时控制扫描是通过天线阵列单元间精确的延时控制实现的。在介绍UWB时域波束延时控制扫描原理的基础上,研制了用于UWB天线时域波束扫描的延时控制器,其延时步进为50 ps,延时精度可达10 ps。利用该延时控制器对单元间距42 cm的4单元UWB天线阵列H面方向进行了单元间延时控制波束扫描测量,扫描步进角度小于2°。结果显示,在0°,10°,20°和30°扫描时,实际扫描角度分别为-0.5°,10.5°,20°和29.5°,与理论计算值之间误差小于1°。

对于探地雷达,脉冲源的功率和稳定度直接影响其作用距离和探测精度,对目标成像时进行相干积累有着重要意义.采用雪崩三极管设计的全固态脉冲源具有很高的稳定度指标,但输出功率较低,使用Marx电路可以提高其输出峰值电压幅度.梳状PCB(印刷电路板)电路是一种结构紧凑具有自相似性的电路形式,有利于进一步提高脉冲源的稳定度指标,也有利于脉冲源的小型化设计.根据某探地雷达要求,采用梳状PCB电路形式,实现了12级Marx电路的脉冲源,采用欠电荷法对脉冲波形进行了优化设计,其输出峰值电压大于400V(50 Ω负载),脉冲宽度为600 ps,重复频率大于25 kHz;并且具有良好的时基稳定度和波形稳定度,脉冲宽带抖动小于1%,峰值抖动小于1%.

提出一种金属－介质型光子晶体薄膜，用传输矩阵法计算这种光子晶体薄膜的反射率和透射率。计算结果表明，这种光子晶体薄膜对毫米和厘米量级的微波的反射率高达99%以上；对于波长为微米量级的可见光，平均透光率为50%。分析了介质单元厚度、金属单元厚度、金属层总厚度对透射率的影响，给出这种光子晶体薄膜的材料选择和结构设计应遵循的原则。指出这种光子晶体薄膜涂镀在飞机座舱玻璃上，可以有效地减小座舱罩的雷达散射截面。

为给冲击雷达提供理想的发射源,利用功率合成技术,将多个数kV,ns级的固态脉冲源合成为MW量级的高功率脉冲源;为研究冲击雷达目标特性,设计了一套由功率合成的全固态脉冲发射机、超宽带平面TEM喇叭发射天线阵、超宽带开槽接收天线阵、正交解调采样接收机、主控计算机组成的冲击体制雷达目标探测系统;采用增大收发天线、目标与地面的距离以及在目标回波中加时间窗的方法,成功探测到2 km处在光学区RCS为0.01 m2的目标;采用16个发射单元的目标回波信号比采用8个发射单元时明显,这表明功率合成在采用较多发射单元时效果更为明显.

通过在Vlasov天线口径上加装金属面,再在金属面上环绕天线口径排布金属圆柱构成光子晶体,设计出一种新型的光子晶体Vlasov天线.数值仿真及实验结果均表明,光子晶体的带隙特性改善了天线的辐射特性,使得E面上的最大增益在工作频段内平均提高了2.43 dB.

利用自建的时域测量系统对接收阵元数不同、相邻阵元间距不同、阵元数相同接收方向不同的开槽天线阵列接收电场进行了测试.时域天线的时域波形、归一化能量方向图、归一化峰值方向图的分析结果表明:时域天线方向性具有时变性,与观察方向和时间段有关,接收波形峰值随主接收方向偏离主轴程度的增大而减小;阵列某一面的方向图仅与该面的阵元数及相邻阵元间距有关,与其它面的阵列无关;阵列单元越多,相邻单元间距越大,方向图波束越窄.

用时域有限差分法仿真了某飞行器缩比模型及该模型涂敷雷达吸波材料的散射特性,得到了鼻锥方向、侧向和后向ns级脉冲激励下模型的时域响应和频域雷达散射截面;并在外场用ns级脉冲源进行了该金属模型的探测实验.仿真与外场实验结果均得到了模型的鼻锥方向回波幅度最小,侧向最大;鼻锥方向回波脉宽最宽,侧向最窄的结论.研究结果表明:外形隐身和材料隐身对ns或亚ns级窄脉冲的隐身效果不明显,ns或亚ns级窄脉冲能发现和识别隐身目标.

运用同轴结构,研制出高功率超宽带功分器,采取先阻抗变换,再功分的形式,以简化机械加工难度.运用高频仿真软件进行仿真分析,研制出一分为二和一分为四的功分器,再组合成为一分为八的功分器,高压实验表明该功分器能耐高压,驻波测试表明阻抗匹配较好,从测量的传输参数可以看出输出各端口幅度一致性较好.证明了该高功率超宽带功分器可以用作实际的高功率天线阵列.

单个子源的稳定度指标是多源相干合成技术的关键.文章首先对脉冲源稳定度指标进行了定义,并指出全固态纳秒脉冲源具有较高的稳定度指标,在相干合成中具有潜在优势.对脉冲时基抖动、波形抖动机理进行了深入分析,给出了高稳定度子源设计的关键技术途径,采用过触发、欠容量等具体改善方案,有效提高了子源的时基稳定度和波形稳定度,单个子源脉宽抖动小于等于1%,峰值抖动小于等于1%,单次短时抖动小于等于20 ps,长时漂移小于等于100 ps/min.最终成功实现了256单元的16×16路电路-空间综合合成,研制出30 MW全固态高稳定度多路相干合成纳秒脉冲源,脉冲源16路输出端口最大时基离散度小于30 ps,合成峰值电压抖动小于1%,合成峰值电压效率可达到90%～95%.

研究了微波光子晶体在雷达吸收材料上的应用,提出了一种应用PBG的新型雷达吸收材料.该种材料相对于传统的电Salisbury屏,具有厚度薄、重量轻的优点,而且吸收带宽取决于高阻表面的带隙,不再受到厚度为λ/4的限制.