一种高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线制造技术

本发明专利技术提出了一种高增益低RCS的圆极化F‑P谐振腔天线，旨在简化天线的结构，同时降低天线的制造成本，包括上介质板和下介质板；上介质板的上表面印制有吸波表面，下表面印制有部分反射表面；其中吸波表面包括N×N个周期性排列的采用四边设置有缺口并在缺口上加载电阻的环状贴片结构的吸波单元，部分反射表面包括N×N个周期性排列的采用中心设置有长短不一的十字型槽和四个边设置有矩形槽的方形贴片结构的部分反射表面单元；下介质板的上表面印制有矩形金属贴片，下表面印制有地板，矩形金属贴片与地板之间通过同轴线相连，并在其周围印制有由多个条带型金属贴片周期性排列组成的面阵构成的高阻抗表面。

A high gain low RCS circular polarization F-P resonant cavity antenna

A circularly polarized F_P resonator antenna with high gain and low RCS is proposed to simplify the structure of the antenna and reduce the cost of antenna fabrication, including upper and lower dielectric plates. A periodically arranged ring-shaped patch structure with a notch on each side and a resistor on the notch is used as the absorbing unit. Some of the reflective surfaces include N*N periodically arranged cross-shaped slots with different lengths in the center and four rectangular patch structures with rectangular slots on each side. A rectangular metal patch is printed on the upper surface, and a floor is printed on the lower surface. The rectangular metal patch is connected with the floor through a coaxial line, and a high impedance surface composed of a series of periodically arranged strip metal patches is printed around it.

【技术实现步骤摘要】
一种高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线
本专利技术属于天线
，特别涉及一种高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，可用于飞行器的机载天线和雷达通信。
技术介绍
在飞机的机载天线，远程传输以及基站天线等领域，很多时候要求天线对于某一个特定方向发射和接收无线电信号的能力特别强，且能够尽可能屏蔽其它方向上无线电信号，于是对于高增益定向性天线的要求越来越高。小型化、轻型化是现代科技发展的一个必然趋势，天线也不例外，即用尽可能小的简单的结构去代替复杂的结构，实现相同的功能。小型低剖面一直是天线的一个指标要求，当满足一定指标要求时候，就能够应用到很多具有特殊要求的场合。法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振腔天线作为透镜天线的一个分支，它主要是通过介质层作为天线的部分反射表面来提高天线的增益，引发了无线通信领域学者的广泛关注，并且越来越多地应用到了实际应用中，与传统的高增益天线相比，F-P谐振腔天线具备了结构简单，体积小，能耗低等优点，逐步成为国内外学者的一个研究热点。雷达截面RCS的大小决定了飞行器在执行任务的过程中被敌方雷达发现的概率，因此RCS也被用来衡量目标的隐身特性。降低目标的可侦测性也就意味着对目标使用雷达散射截面减缩技术。2011年以来，电磁超材料由于其可以实现电磁波的异常反射和异常透射的电磁响应特性受到了世界各国研究者的广泛关注，超表面能够灵活地操控电磁波，实现对反射波或透射波的幅度、相位及极化特性的人工调制，从而实现目标的RCS减缩。目前大部分电磁超材料主要由具有谐振性质的金属结构通过周期性排列组成，但是其电磁特性却有很多种类型。例如频率选择表面、光子带隙或叫电磁带隙结构、左手媒质、以及以FSS结构或EBG结构为基础的雷达吸波表面和部分反射表面等，其中部分反射表面在天线带内RCS减缩和提高天线增益方面效果显著。如何在保证天线辐射性能的同时，实现天线带内、带外的RCS减缩尤为重要。天线的极化方式分为线极化、圆极化和椭圆极化。而圆极化天线是指天线辐射电场矢量E的端点在垂直于传播方向的截面上所描绘出轨迹形状是一个圆。圆极化天线的设计原则主要是:通过产生两个空间正交的线极化电场分量,并使二者幅度相等,相位差90°。由于圆极化天线具有：1、可接收任意极化的来波,且其辐射波也可由任意极化天线接收；2、圆极化天线具有旋向正交性；3、圆极化波入射到对称目标时旋向反转,能抑制雨雾干扰和抗多径反射等优点。所以,在现代无线通信系统,卫星导航与干扰等众多领域中越来越广泛地采用圆极化天线。F-P谐振腔天线作为一种高增益天线，在其表面加载超材料来减缩RCS成为一种重要的方法。2017年，Kunli,YingLiu等人在《IEEETransactionsonAntennasandPropagation》期刊第65卷第8期上发表了一篇名为“ACircularlyPolarizaedHigh-GainAntennaWithLowRCSOveraWidebandUsingChessboradPolarizationConversionMetasurface”的论文，公开了一种高增益低RCS圆极化天线，该天线由四个F-P谐振腔天线单元中心旋转组成阵列构成，每个F-P谐振腔天线包括上层极化转换表面和下层的槽天线，极化转换表面单元采用一种三明治结构，通过该极化转换表面可以将线极化波转化为圆极化波，极化转换表面和下层槽天线之间的空气腔构成一个F-P谐振腔来提高天线的增益，为了实现RCS减缩，将四个F-P谐振腔天线单元中心旋转组成阵列使上层的极化转换表面实现棋盘型结构从而实现RCS的减缩，该天线相比于馈源槽天线阵列，其RCS在宽频带6～14GHz相对带宽为80％的范围内有明显减缩，但是该天线馈电结构复杂，且必须通过组成阵列的方式才能够实现RCS的减缩，增加了制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种高增益低RCS圆极化F-P谐振腔天线，通过上介质板表面上印制的吸波表面和部分反射面，同时实现天线的高增益、低RCS和圆极化特性，旨在简化天线的结构，同时降低天线的制造成本。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，包括上介质板1和下介质板2。所述上介质板1，其上表面印制有吸波表面11，下表面印制有部分反射表面12；所述吸波表面11，包括N×N个周期性排列的吸波单元111，该吸波单元111采用四边设置有缺口的环状贴片结构，每个缺口上加载有电阻；所述部分反射表面12，包括N×N个周期性排列的部分反射表面单元121，该部分反射表面单元121，采用中心设置有长短不一的十字型槽和四个边设置有矩形槽的方形贴片结构，N≥6；所述下介质板2，其上表面印制有矩形金属贴片22，下表面印制有地板23，所述矩形金属贴片22与地板23之间通过同轴线3相连，构成天线的馈源，所述下介质板2上表面的矩形金属贴片22周围，印制有由多个条带型金属贴片211周期性排列组成的面阵构成的高阻抗表面21。上述高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，所述吸波单元111，其环状贴片结构为方形环贴片，方形环四边上设置的缺口为矩形，各缺口位于所在边的中心位置，所述方形环贴片的边长为L，环宽为W1，矩形缺口的尺寸为W1×W2，所述电阻的阻抗为R，其中，7mm≤L≤9mm，0.5mm≤W1≤1.5mm，0.5mm≤W2≤1.5mm，50Ω≤R≤200Ω。上述高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，所述部分反射表面单元121，其中心垂线与吸波单元111的中心垂线重合。上述高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，所述部分反射表面单元121，其中心设置的十字型槽长槽的尺寸为Sx×Ws，短槽的尺寸为长为Sy×Ws，该部分反射表面单元121四边上设置的矩形槽，包括一对矩形长槽和一对矩形短槽，其中矩形长槽的长边与十字型槽短槽的长边平行，矩形短槽的长边与十字型槽长槽的长边平行，矩形长槽尺寸为dy×Wd，矩形短槽尺寸为dx×Wd，其中，7mm≤Sx≤9mm，5mm≤Sy≤7mm，0.2mm≤Ws≤0.4mm，6mm≤dy≤11mm，5mm≤dx≤10mm，0.05mm≤Wd≤0.2mm。上述高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，所述高阻抗表面21，其中的条带型金属贴片211的尺寸为bx×by，长边与部分反射表面单元121上十字型槽的长槽长边平行，且与矩形金属贴片22的长边呈45°夹角，相邻条带型金属贴片211之间的长边方向间距为ax，短边方向间距为ay，其中，5mm≤bx≤8mm，1mm≤by≤2mm，11mm≤ax≤13mm，2mm≤ay≤4mm。上述高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，所述上介质板1，其下表面与下介质板3上表面之间的距离为H，11mm≤H≤13mm。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1、本专利技术中的通过部分反射面单元中长短不一的十字型槽，使电磁波的两正交极化分量X极化和Y极化具有不同的传输特性，上介质板表面上印制的吸波表面和部分反射面在工作频带内构成了一个极化转换器，使馈源贴片天线辐射的线极化波通过该极化转器后转换为圆极化波，相比现有技术中采用中心旋转的圆极化槽天线阵列作为馈源，简化了馈源天线设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高增益低RCS的圆极化F‑P谐振腔天线，包括上介质板(1)和下介质板(2)，其特征在于：所述上介质板(1)，其上表面印制有吸波表面(11)，下表面印制有部分反射表面(12)；所述吸波表面(11)，包括N×N个周期性排列的吸波单元(111)，该吸波单元(111)采用四边设置有缺口的环状贴片结构，每个缺口上加载有电阻；所述部分反射表面(12)，包括N×N个周期性排列的部分反射表面单元(121)，该部分反射表面单元(121)，采用中心设置有长短不一的十字型槽和四个边设置有矩形槽的方形贴片结构，N≥6；所述下介质板(2)，其上表面印制有矩形金属贴片(22)，下表面印制有地板(23)，所述矩形金属贴片(22)与地板(23)之间通过同轴线(3)相连，构成天线的馈源，所述下介质板(2)上表面的矩形金属贴片(22)周围，印制有由多个条带型金属贴片(211)周期性排列组成的面阵构成的高阻抗表面(21)。

【技术特征摘要】
1.一种高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，包括上介质板(1)和下介质板(2)，其特征在于：所述上介质板(1)，其上表面印制有吸波表面(11)，下表面印制有部分反射表面(12)；所述吸波表面(11)，包括N×N个周期性排列的吸波单元(111)，该吸波单元(111)采用四边设置有缺口的环状贴片结构，每个缺口上加载有电阻；所述部分反射表面(12)，包括N×N个周期性排列的部分反射表面单元(121)，该部分反射表面单元(121)，采用中心设置有长短不一的十字型槽和四个边设置有矩形槽的方形贴片结构，N≥6；所述下介质板(2)，其上表面印制有矩形金属贴片(22)，下表面印制有地板(23)，所述矩形金属贴片(22)与地板(23)之间通过同轴线(3)相连，构成天线的馈源，所述下介质板(2)上表面的矩形金属贴片(22)周围，印制有由多个条带型金属贴片(211)周期性排列组成的面阵构成的高阻抗表面(21)。2.根据权利要求1所述的高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔天线，其特征在于，所述吸波单元(111)，其环状贴片结构为方形环贴片，方形环四边上设置的缺口为矩形，各缺口位于所在边的中心位置，所述方形环贴片的边长为L，环宽为W1，矩形缺口的尺寸为W1×W2，所述电阻的阻抗为R，其中，7mm≤L≤9mm，0.5mm≤W1≤1.5mm，0.5mm≤W2≤1.5mm，50Ω≤R≤200Ω。3.根据权利要求1所述的高增益低RCS的圆极化F-P谐振腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文，张哲，任俊毅，龚书喜，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61