一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板制造技术

本发明专利技术属于天线阵列装置技术领域，具体公开了一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板，反射板为平面结构，包括多种不同反射相位的人工磁导体结构单元；其中，多个相同的、反射相位最小的人工磁导体结构单元组成正方形，位于反射板的中心；其它各种反射相位分别对应的多个相同的人工磁导体结构单元组成正方形环，并按照反射相位递增的顺序逐层向外镶套；反射板上各人工磁导体结构单元之间的反射相位满足：各单元处反射的电磁波的等相位面相交于空间中同一个点。本发明专利技术使用基于人工磁导体结构的反射相位调控的平面反射板替代传统的金属平面反射板，结构简单，可应用于阵列天线中，在保证RCS缩减效果良好的同时，对阵列天线的增益有一定提高。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板
本专利技术属于天线阵列装置
，尤其涉及一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板。
技术介绍
隐身技术是使武器装备平台在电磁波、声波、红外光以及可见光等探测中不被发现的技术的统称。而目标在电磁波中的隐身能力是现代信息化战争中的关键，是世界各国关注的重点。雷达散射截面积(RadarCrossSection，RCS)是目标被电磁波照射时特定方向上反射功率能力的一种量度，是电磁隐身技术中的重要考核指标。电磁隐身技术，就是通过各种技术手段(包括外形设计、吸波材料和超材料技术等)降低或者控制目标物体的RCS，降低目标物体被对方雷达截获的概率。在现代武器装备平台中，相控阵雷达中的阵列天线已成为整个隐身平台RCS的主要来源，且相较于一般物体，天线具有更为复杂的散射特性。根据工作频带不同，可以将天线RCS缩减技术分为两大类：带内缩减与带外缩减。其中，对天线工作频带内起效的RCS缩减方法称为带内RCS缩减(或带内隐身)，反之为带外RCS缩减(或带外隐身)。天线的带外RCS缩减比较容易实现，一般采用具有带通滤波特性的天线罩。在天线工作频带外，天线罩可看成金属面，对入射波全反射，通过对天线罩外形进行适当设计可实现散射场在全空间均匀分布或对准非威胁方向；在天线通带内，天线罩对入射波全透过，对天线的辐射性能影响极小。此外，还可采用反射相位相消法，使用两种不同反射相位的超材料结构单元按棋盘格组合成天线反射板，使两种超材料结构单元对同一入射波的反射相位刚好相差180°，互相抵消，减少反射波。对天线进行带内隐身设计时，需要既控制其散射特性又不影响其辐射性能，两者互相矛盾，因此难度较大。对于天线的带内RCS缩减，目前国内外已报道的方法有阻抗加载法、开槽法、辐射边缘重构法和基于移相器网络的RCS缩减方法。其中，(1)阻抗加载法通过阻抗加载等技术使天线谐振频率偏离威胁频域，继而使RCS的峰值偏离，从而实现一定频域之内的RCS缩减。该方法容易搭建，效果明显，但是其存在天线辐射特性恶化、频带偏移、阻抗匹配恶化等问题。(2)开槽法通过开槽改变电流路径使天线小型化或减小金属部分面积以缩减天线RCS，但也存在天线谐振频率变化，天线尺寸减小导致辐射性能恶化等问题。(3)辐射片边缘重构法是在微带天线边缘添加金属通孔，以改善金属表面的电流分布，进而降低天线的RCS，但结构设计较为复杂且对天线工作带宽有一定影响。(4)基于移相器网络的RCS缩减方法是通过调节不同天线单元之间的模式项散射相位实现模式项散射相消或模式项与结构项相消以实现阵列天线RCS缩减，对天线工作时的辐射性能无任何影响。但是也存在受移相器限制对频率敏感、带宽较窄和设计难度较高等问题。综上所述，现有技术存在的问题是，目前天线隐身技术可以在一定程度上缩减天线的带内RCS，但是会对天线的辐射性能造成一定影响，而且一些对天线辐射性能影响较小的方法也因为其结构、尺寸和设计难度等原因，难以应用在阵列天线之中。此外，直接改变阵列天线的结构可以缩减天线的带内RCS，但是会影响其辐射性能，带内RCS缩减越大，辐射性能受影响越大，这是一个难以解决的矛盾。
技术实现思路
本专利技术提供一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板，用以解决现有雷达散射截面积缩减方法会影响阵列天线辐射特性的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板，所述反射板为平面结构，包括：多种不同反射相位的人工磁导体结构单元；其中，多个相同的、反射相位最小的人工磁导体结构单元组成正方形，位于所述反射板的中心；其它各种反射相位分别对应的多个相同的人工磁导体结构单元组成正方形环，并按照反射相位递增的顺序逐层向外镶套；所述反射板上各人工磁导体结构单元之间的反射相位满足：各单元处反射的电磁波的等相位面相交于空间中同一个点。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用基于人工磁导体结构的反射相位调控的平面反射板替代传统的金属平面反射板，不同反射相位的人工磁导体结构嵌套设置，其中通过调整各人工磁导体结构单元的反射相位，使各单元处反射的电磁波的等相位面(波前)相交于空间中同一个点。一方面，根据惠更斯原理，通过相位梯度设计得到的平面反射板可以等效为曲面反射板，使经由反射板反射的电磁波经过前述空间交点向空间均匀散射，实现阵列天线散射场在空间上的均匀分布，进而缩减阵列天线的雷达散射截面积。另一方面，在前述空间交点处，阵列天线所发射的电磁波经过反射板反射后可实现阵列天线的波束汇聚，进而提高天线增益，增强方向性。因此，本专利技术使用基于人工磁导体结构的反射相位调控的平面反射板替代传统的金属平面反射板，结构简单，可以应用于阵列天线之中，在保证RCS缩减效果良好的同时，对阵列天线的增益有一定提高。上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述反射板的平面反射等效为曲面反射。进一步，所述曲面反射的反射面类型为抛物面、双曲面或球面，由人工磁导体结构单元反射相位梯度设计确定。本专利技术的进一步有益效果是：曲面反射的反射面类型根据实际需要通过设计人工磁导体结构单元反射相位梯度实现，灵活方便。进一步，所述反射板外形为平面正方形，作为基本单元拼接成任意尺寸大小的新的反射板，以应用于大规模阵列天线中。本专利技术的进一步有益效果是：本专利技术反射板具有很强的拓展性，可以应用于多种类型的阵列天线中，且可以将多个反射板组成更大的反射板，应用于大规模阵列天线中，以降低大规模阵列天线的雷达散射截面积。进一步，所述反射板是在覆盖有金属的介质基板上通过刻蚀金属图形制得。进一步，通过改变人工磁导体结构单元的结构及尺寸改变人工磁导体结构单元的反射相位。本专利技术还提供一种相控阵雷达，包括阵列天线及其反射地板，其特征在于，所述反射地板为如上所述的反射板，该反射板放置于所述阵列天线的辐射口径的背面。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种应用于X波段阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板；图2为图1内的四种人工磁导体结构单元模型1的表面金属电极图形示意图；图3为本专利技术实施例采用的四种人工磁导体单元模型反射相位对比图；图4是本专利技术实施例提供的应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板的工作原理图；图5是本专利技术实施例提供的使用本专利技术提出的反射板与使用金属平面反射板的3×3单元Vivaldi阵列天线对比模型结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的使用本专利技术提出的反射板与使用金属平面反射板的3×3单元Vivaldi阵列天线在8～12GHz范围内的单站RCS对比图；图7是本专利技术实施例提供的使用本专利技术提出的反射板与使用金属平面反射板的3×3单元Vivaldi阵列天线增益-频率对比图；图8是本专利技术实施例提供的使用本专利技术提出的反射板与使用金属平面反射板的3×3单元Vivaldi阵列天线在x方向相位偏移值90°和y方向同相馈电情况下分别在8GHz时、9GHz时、10GHz时、11GHz时和12GH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板，其特征在于，所述反射板为平面结构，包括：多种不同反射相位的人工磁导体结构单元；/n其中，多个相同的、反射相位最小的人工磁导体结构单元组成正方形，位于所述反射板的中心；其它各种反射相位分别对应的多个相同的人工磁导体结构单元组成正方形环，并按照反射相位递增的顺序逐层向外镶套；所述反射板上各人工磁导体结构单元之间的反射相位满足：各单元处反射的电磁波的等相位面相交于空间中同一个点。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板，其特征在于，所述反射板为平面结构，包括：多种不同反射相位的人工磁导体结构单元；
其中，多个相同的、反射相位最小的人工磁导体结构单元组成正方形，位于所述反射板的中心；其它各种反射相位分别对应的多个相同的人工磁导体结构单元组成正方形环，并按照反射相位递增的顺序逐层向外镶套；所述反射板上各人工磁导体结构单元之间的反射相位满足：各单元处反射的电磁波的等相位面相交于空间中同一个点。


2.根据权利要求1所述的一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板，其特征在于，所述反射板的平面反射等效为曲面反射。


3.根据权利要求2所述的一种应用于阵列天线雷达散射截面积缩减的反射板，其特征在于，所述曲面反射的反射面类型为抛物面、双曲面或球面，由人工磁导体结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓川，叶天翼，吕文中，梁飞，雷文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42