一种基于表面波波导与超表面吸收器复合结构的端射天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于表面波波导与超表面吸收器复合结构的端射天线，涉及微波天线技术领域。端射天线的结构主要由表面波波导、激励贴片、反射器贴片以及超表面吸收器等部分构成。表面波导既可以传导表面波，又可以呈现出低频处低通与高频处带通频率选择表面的特性从而能够抑制端射天线在部分频带内的背向单站RCS。位于表面波波导上方的激励贴片与反射器贴片能够激励起表面波导内的表面波沿某个方向传播并在波导的边缘处因不连续性而辐射出电磁能量。此外，超表面吸收器能够吸收部分频段上的电磁波吸收，从而抑制了端射天线在该频段的RCS。将表面波波导与超表面吸收器的RCS抑制相结合，该端射天线能够实现良好的端射性能与超宽带范围内的RCS抑制功能。

An end ejection antenna based on the composite structure of surface wave guide and super surface absorber

The invention discloses an end ejection antenna based on the composite structure of surface wave guide and super surface absorber, which relates to the field of microwave antenna technology. The structure of the end shooting antenna is mainly composed of surface wave guide, exciting patch, reflector patch, and super surface absorber. Surface waveguide can not only transmit surface waves, but also exhibit low-pass low-pass and high-frequency band pass frequency selective surfaces, so that it can suppress the back-end single ended RCS of the end fire antenna in some bands. The patch and reflector above the surface wave guide can stimulate the surface wave propagating in the surface waveguide along a certain direction and radiate the electromagnetic energy due to discontinuity at the edge of the waveguide. In addition, the super surface absorber absorbs electromagnetic wave absorption on the part of the frequency band, thus restraining the RCS of the end ejection antenna at the frequency band. Combining the surface wave guide with the RCS suppression of the super surface absorber, the end fire antenna can achieve good end fire performance and RCS suppression function in the ultra wideband range.

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面波波导与超表面吸收器复合结构的端射天线
本专利技术属于微波天线
，具体涉及一种基于表面波波导与超表面吸收器复合结构的端射天线。
技术介绍
近些年来，随着侦测与隐身技术的发展，平板天线的雷达散射截面RCS受到了越来越多的关注。平板天线是一个非常特殊的散射体，往往很难同时兼顾到其辐射特性与低RCS特性。实际应用中，集总/分布元件加载技术与使用雷达吸收材料是最为常见的降低天线RCS的方法，它们的工作机理都是将微波射频能量转换为热量，然而这两种方法的缺点是附带有天线辐射性能的恶化。近年来，电磁带隙(EBG)结构与超材料/表面等结构被广泛引入到低RCS平板天线的设计中，有效地实现了天线的带内RCS抑制，但对于带外RCS则无能为力。此外，反相散射抵消策略被提出并被引入到低RCS平板天线的设计中，这种方法借助具有等幅反相的反射相位的两种人工周期表面，实现天线背向散射的相互抵消，但这种方法的缺点是RCS抑制带宽一般相对较窄。因此，如何在保证平板天线的辐射特性的前提下实现超宽带的RCS抑制，是低RCS天线设计的巨大挑战。文献“ThinAMCStructureforRadarCross-SectionReductionbyUsingHybridFrequencySelectiveSurfaces(SimoneGenovesi，FilippoCostaandAgostinoMonorchio，IEEETransactionsonAntennasandPropagation，2012，60(5)：2327-2335.)”提出了一款基于混合频率选择表面(FSS)的低剖面平板阵列天线，天线的工作频率设计在FSS的阻带内，而在通带内，FSS表现为完全透明性质，阵列天线的全局RCS从而在该通带内被抑制。这种设计既保证了天线在其工作频带外的雷达特性，又保证了其带内的辐射特性。测试结果表明天线工作在2.5GHz，RCS抑制频带为6～9GHz。但单纯FSS结构应用于低RCS天线设计的一大显著缺点是天线的带内RCS不能得到抑制。文献“WidebandRadarCross-SectionReductionofaStackedPatchArrayAntennaUsingMetasurface(ChengHuang，WenboPan，XiaoliangMaandXiangangLuo，IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters，2015，14：1369-1372.)”将双层超表面结构引入到低RCS平板天线的设计中。双层超表面的下层表面由四个方形贴片及四个加载电阻组成，其作用是实现贴片天线的工作频带内的RCS减缩。而上层超表面由周期的方形环及四个加载电阻构成，目的是为了吸收天线的工作频带外的入射电磁波。最终该双层超表面实现了宽带的RCS抑制，并且没有恶化所设计天线的辐射性能。然而，该设计的RCS抑制带宽仍具有可提升空间。端射天线因其高增益与平行于水平面的方向图而有着广泛的应用，因而将RCS抑制聚焦到平板端射天线的设计上是非常有意义的。文献“VivaldiantennawithreducedRCSusinghalf-modesubstrateintegratedwaveguide(YongtaoJia，YingLiu，YuwenHaoandShuxiGong，ElectronicsLetters，2014，50(5)，pp.345-346.)设计了一款基于半模基片集成波导的Vivaldi天线。与传统的Vivaldi天线相比，所设计的天线能够实现高达24dB的RCS减缩，且不会对天线的辐射性能产生影响。然而，天线RCS抑制的带宽并不够宽。对于具有超宽带RCS抑制的平板端射天线而言，既要实现超宽频带内天线RCS的减缩，又要保证平板天线的端射性能不会遭到恶化，是一个非常有挑战性的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术问题，提供一种基于表面波波导与超表面吸收器复合结构的端射天线。本专利技术解决所述技术问题采取的技术方案是：一种基于表面波波导与超表面吸收器复合结构的端射天线，能够在保证缝隙天线良好的辐射性能的同时实现超宽频带内的背向单站RCS减缩，包括超表面吸收器部分、辐射贴片天线部分、表面波波导部分和馈电部分；所述超表面吸收器部分包括周期排列的电阻加载的方形环单元和上层介质基板1；每个电阻加载的方形环单元包括方形环贴片2和四个加载电阻3；所述辐射贴片天线部分包括带状辐射贴片4和三个寄生带状反射器贴片5；所述带状辐射贴片4和所述寄生带状反射器贴片5均印刷在中间层介质基板6的上表面；表面波波导部分包括底层介质基板8和工字形周期单元；工字形周期单元中每个工字形单元包括上层方形贴片7和下层方形贴片9以及贯穿底层介质基板8的圆柱金属探针11；所述馈电部分包括馈电金属探针10、SMA接头12和短路金属探针13；所述方形环贴片2和所述加载电阻3均位于上层介质基板1的上表面；所述带状辐射贴片4和所述寄生带状反射器贴片5均位于中间层介质基板6的上表面；所述工字形单元的上层方形贴片7位于中间层介质基板6的下表面；所述中间层介质基板6的下表面与底层介质基板8的上表面重合；所述工字形单元的下层方形贴片9位于底层介质基板8的下表面；所述上层介质基板1和中间层介质基板6之间存在有厚度为8mm的空气间隙；所述工字形的圆柱金属探针11穿透底层介质基板8并连接工字形单元的上层方形贴片7和下层方形贴片9；所述SMA接头12位于底层介质基板8的下表面；所述馈电金属探针10穿透中间层介质基板6和底层介质基板8并连接带状金属贴片4和SMA接头12；所述短路金属探针13穿透中间层介质基板6和底层介质基板8并连接带状金属贴片4和工字形单元的下层方形贴片9；所述天线通过馈电金属探针10、短路金属探针13以及SMA接头12予以馈电；激励信号通过馈电金属探针10过渡到带状金属贴片4之上，使之在馈电金属探针10和短路金属探针13的作用之下形成一个偶极子辐射器，从而激励起表面波波导中的表面波；所述天线的辐射特性主要来源于激励贴片在表面波波导中所激励起的表面波辐射。表面波波导采用的是上下对称的周期结构，在x方向上来看，其可以等效为一个介电常数非常高的介质。根据斯奈尔折射定律，较高的折射率(介电常数)可以实现全反射，因而能够传播表面波。激励信号通过激励探针过渡到激励贴片上能够在表面波导内激励起TE0模式的表面波，该表面波沿着±x方向传播。同时，由于有反射器贴片的存在，沿着-x方向的表面波被抑制掉，而沿着+x方向传播的表面波在波导的边缘处由于不连续性向外辐射能量，从而实现天线的端射效果。所述天线的谐振频率设计在表面波导的等效介电常数最大处。所述天线的散射抑制则主要是由表面波波导部分与超表面吸收器部分完成。表面波波导对于自+z方向照射的电磁波呈现频率选择表面特性，其在低频处表现为低通，在较高频处表现为带通，而在中间频段上表现为完全反射。因此，在表面波导的低通与带通频带内，天线整体结构表现为完全透明状态，从而能够降低所述天线的RCS；在完全反射频带内，表面波导表现为理想电导体(PEC)，从而使得超表面吸收器部分发生工作进而吸收掉照射进来的电磁波，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于表面波波导与超表面吸收器复合结构的端射天线，其特征在于，包括超表面吸收器部分、辐射贴片天线部分、表面波波导部分和馈电部分；所述超表面吸收器部分包括周期排列的电阻加载的方形环单元和上层介质基板(1)；每个电阻加载的方形环单元包括方形环贴片(2)和四个加载电阻(3)；所述辐射贴片天线部分包括带状辐射贴片(4)和三个寄生带状反射器贴片(5)；所述带状辐射贴片(4)和所述寄生带状反射器贴片(5)均印刷在中间层介质基板(6)的上表面；表面波波导部分包括底层介质基板(8)和工字形周期单元；工字形周期单元中每个工字形单元包括上层方形贴片(7)和下层方形贴片(9)以及贯穿底层介质基板(8)的圆柱金属探针(11)；所述馈电部分包括馈电金属探针(10)、SMA接头(12)和短路金属探针(13)；所述方形环贴片(2)和所述加载电阻(3)均位于上层介质基板(1)的上表面；所述带状辐射贴片(4)和所述寄生带状反射器贴片(5)均位于中间层介质基板(6)的上表面；所述工字形单元的上层方形贴片(7)位于中间层介质基板(6)的下表面；所述中间层介质基板(6)的下表面与底层介质基板(8)的上表面重合；所述工字形单元的下层方形贴片(9)位于底层介质基板(8)的下表面；所述上层介质基板(1)和中间层介质基板(6)之间存在有空气间隙；所述工字形的圆柱金属探针(11)穿透底层介质基板(8)并连接工字形单元的上层方形贴片(7)和下层方形贴片(9)；所述SMA接头(12)位于底层介质基板(8)的下表面；所述馈电金属探针(10)穿透中间层介质基板(6)和底层介质基板(8)并连接带状金属贴片(4)和SMA接头(12)；所述短路金属探针(13)穿透中间层介质基板(6)和底层介质基板(8)并连接带状金属贴片(4)和工字形单元的下层方形贴片(9)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于表面波波导与超表面吸收器复合结构的端射天线，其特征在于，包括超表面吸收器部分、辐射贴片天线部分、表面波波导部分和馈电部分；所述超表面吸收器部分包括周期排列的电阻加载的方形环单元和上层介质基板(1)；每个电阻加载的方形环单元包括方形环贴片(2)和四个加载电阻(3)；所述辐射贴片天线部分包括带状辐射贴片(4)和三个寄生带状反射器贴片(5)；所述带状辐射贴片(4)和所述寄生带状反射器贴片(5)均印刷在中间层介质基板(6)的上表面；表面波波导部分包括底层介质基板(8)和工字形周期单元；工字形周期单元中每个工字形单元包括上层方形贴片(7)和下层方形贴片(9)以及贯穿底层介质基板(8)的圆柱金属探针(11)；所述馈电部分包括馈电金属探针(10)、SMA接头(12)和短路金属探针(13)；所述方形环贴片(2)和所述加载电阻(3)均位于上层介质基板(1)的上表面；所述带状辐射贴片(4)和所述寄生带状反射器贴片(5)均位于中间层介质基板(6)的上表面；所述工字形单元的上层方形贴片(7)位于中间层介质基板(6)的下表面；所述中间层介质基板(6)的下表面与底层介质基板(8)的上表面重合；所述工字形单元的下层方形贴片(9)位于底层介质基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：程友峰，邵维，丁霄，金富隆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51