棋盘型低散射低剖面强互耦宽带平面相控阵制造技术

本发明专利技术公开了一种棋盘型低散射低剖面强互耦宽带平面相控阵，在8‑12GHz频带范围内实现E面±45°，H面±45°的宽带宽角扫描特性，阵列天线总的剖面高度为0.127高频(12GHz)波长。且根据相位对消原理，在交叉极化入射波垂直照射的情况下，相对于一般的由同一个单元构成的强互耦阵列，该棋盘型强互耦阵列天线的单站散射在8‑15.2GHz的频段内能实现至少9dB的单站散射缩减。且能够在X波段大角度范围内有大幅度的双站散射缩减。

【技术实现步骤摘要】
棋盘型低散射低剖面强互耦宽带平面相控阵
本专利技术属于天线工程
，特别涉及低剖面、低散射宽带扫描相控天线阵系统，具体来说是一种基于强互耦效应的，采用双天线单元棋盘式布阵的，剖面较低的，散射特性良好，能实现宽带宽角扫描的平面相控天线阵。特别适用于要求天线隐身性能良好且具有低剖面、易共形特性，并能实现宽带宽角扫描的军事隐身平台。
技术介绍
在如今的军事信息对战中，天线作为多功能军事载体平台的“眼睛”，具有及其重要的地位。低剖面宽带平面相控阵集多功能于一身，不仅能很好地被集成到军事载体平台中，也能够为平台提供优秀的雷达探测以及通信功能。另一方面，具备极低的可观测性的军事隐身平台具备更高的战略优势。一般来说，当探测信号照射隐身平台后，大部分的散射贡献都来自于平台上安装的天线阵列。于是，设计一个具有低散射特性的天线阵列是设计军事隐身平台的重要一步。根据上述多功能军事平台对天线阵列两个方面的需求，设计一个低散射低剖面宽带平面相控阵具有及其重要的意义。相较于传统相控阵，强互耦相控阵天线基于Wheeler理想电流板阵列的近似，其本身具备宽带和低剖面特性。这种新型的宽带相控阵是于2003年由俄亥俄州立大学的B.Munk教授在美国专利号6512487专利“宽带相控阵及相关技术”(WidebandPhasedArrayAntennaandAssociatedMethods)中首次提出的。随后大量的学者致力于研究如何更进一步提升强互耦阵列的辐射性能(比如宽带或宽角扫描特性等)或者降低强互耦阵列天线的剖面高度。然而就目前而言，针对强互耦阵列天线进行散射性能的分析或控制技术还仅仅是起步阶段。因此如何设计一个低散射低剖面强互耦宽带阵列将会是未来主要的研究方向。在申请号为201810200308.9的中国专利“改进型低剖面低散射强耦合超宽带相控阵”中，利用宽角匹配层实现了同极化的单站散射缩减。但是没有给出交叉极化波入射时的散射缩减情况，以及斜入射时的双站散射缩减情况。在申请号为201910271633.9的中国专利“基于极化选择性吸波器加载的低剖面低散射超宽带相控阵”中，通过加载极化选择性吸收器降低了阵列天线在交叉极化波垂直入射以及斜入射时的雷达散射截面。但是这种加载超材料的方法会增大天线的剖面高度、加工成本以及复杂度。2007年M.Paquary教授在IEEETransactiononAntennasandPropagation期刊发表的“ThinAMCStructureforRadarCross-SectionReduction”首次基于相位相消原理，将具有180°反射相位差的AMC与PEC金属结构按照棋盘方式进行排布组阵，得到了一个相对于纯金属板具备RCS缩减特性的表面结构。而后，这一基于相位相消原理的棋盘布阵思路被大量地应用于各种低散射超表面的设计。在申请号为201910245546.6的中国专利“低雷达散射截面微带天线”中，两种具有180°±30°反射相位差的AMC结构棋盘式环绕排布在微带贴片的周围，以实现带内散射缩减。但是这种环绕排布超表面的方式会导致天线增加多余的物理口径面积，且此微带贴片天线本身工作在较窄的频率范围。2019年刘英教授在IEEETransactiononAntennasandPropagation期刊发表的“AnIntegratedRadiationandScatteringPerformanceDesignMethodofLow-RCSPatchAntennaArraywithDifferentAntennaElements”基于这种相位相消原理，将两种具有相似辐射性能但具有180°反射相位差的贴片天线单元组阵，设计了一个低散射且无需加载附加结构的4×4贴片阵列天线。但这个贴片天线阵列天线只能工作在较窄的频率范围内，并且也没有给出入射波斜入射情况下的双站散射缩减情况。基于以上应用需求，本专利技术提出一种棋盘布阵型的低剖面低散射宽带相控阵，其中没有任何加载结构增加该专利技术天线的剖面高度、物理口径面积、加工成本以及复杂度，且在天线工作的宽带频率范围内实现了交叉极化入射波的RCS减缩，同时评估了不同角度下电磁波斜入射时的双站RCS缩减效果。
技术实现思路
在上述的专利技术背景下，本专利技术将两个不同的强互耦低剖面宽带天线单元按照棋盘型排布阵列。其中，这两个天线单元在具有相似辐射性能同时它们的反射电场相位差能满足理论上的10dBRCS缩减条件(180°±37°)。于是最终的棋盘型强互耦阵列天线能够在8-12GHz频带范围内实现E面±45°，H面±45°的宽带宽角扫描特性，阵列天线总的剖面高度为0.127高频(12GHz)波长。且根据相位对消原理，在交叉极化入射波垂直照射的情况下，相对于一般的由同一个单元构成的强互耦阵列，该棋盘型强互耦阵列天线的单站散射在8-15.2GHz的频段内能实现至少9dB的单站散射缩减。且能够在X波段大角度范围内有大幅度的双站散射缩减。本专利技术提出的技术方案如下：该棋盘型强互耦宽带相控阵天线包括至少两个第一子阵和至少两个第二子阵，且多个所述第一子阵和多个所述第二子阵之间按棋盘方式交叉排列；所述第一子阵由N×N的第一强互耦天线单元组成，所述第二子阵由N×N的第二强互耦天线单元组成，其中，N≥2。使用2020年在IEEETransactiononAntennasandPropagation期刊发表的“In-BandScatteringReductionofWidebandPhasedAntennaArrayswithEnhancedCouplingBasedonPhase-OnlyOptimizationTechniques”中用到的强互耦天线单元作为第一强互耦天线单元，其中印刷在单层介质基板上表面的领结型偶极子作为第一强互耦天线单元的偶极子辐射结构，偶极子周围的金属条带用于保证天线的扫描范围。第一强互耦天线单元采用非平衡馈电结构进行馈电，偶极子的左臂和右臂通过双金属短路柱端接金属地板使共模谐振点移到工作频带以外，最终在金属地板下方采用馈电同轴连接器端接非平衡馈电结构对该强互耦天线单元进行实际的馈电。本专利技术根据第一强互耦天线单元的低剖面特性，宽带辐射性能和反射电场相位，提出了第二强互耦天线单元。为了保证最终组合阵列的低剖面特性以及易于工程化组装，第二强互耦天线单元采用与第一强互耦天线单元一致的单层介质基板、金属地板、非平衡馈电结构和馈电同轴连接器。与此同时，第二强互耦天线单元采用六边形贴片作为天线的六边形偶极子辐射结构。同样地，第二强互耦天线单元也采用了非平衡馈电结构，但是一般的双金属化通孔结构无法将第二强互耦天线单元的共模谐振移出频带外。这里针对第二强互耦天线单元，提出四金属短路柱结构，可以将共模谐振点很好地移出频带外。其中，四金属短路柱结构中左边两根金属短路柱结构将所述六边形偶极子辐射结构的左臂和所述金属地板电连接在一起，右边两根金属短路柱结构端将所述六边形偶极子辐射结构的右臂和所述金属地板电连接在一起，且左右两边的两根金属短路柱的位置关于中心对称。这里，我们选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棋盘型低散射低剖面强互耦宽带平面相控阵，其特征在于，包括至少两个第一子阵(100)和至少两个第二子阵(200)，且多个所述第一子阵(100)和多个所述第二子阵(200)之间按棋盘方式交叉排列；所述第一子阵(100)由N×N的第一强互耦天线单元(110)组成，所述第二子阵(200)由N×N的第二强互耦天线单元(210)组成，其中，N≥2；所述第一强互耦天线单元(110)和所述第二强互耦天线单元(210)均包括单层介质基板(11)、金属地板(12)、非平衡馈电结构(13)、馈电同轴连接器(14)，其中，所述金属地板(12)蚀刻在所述单层介质基板(11)的下表面，所述非平衡馈电结构(13)位于所述单层介质(11)的内部，所述馈电同轴连接器(14)位于所述金属地板(12)下方并端接所述非平衡馈电结构(13)；所述第一强互耦天线单元(110)还包括加载金属条带的偶极子辐射结构(111)、双金属短路柱(112)，其中，所述加载金属条带的偶极子辐射结构(111)蚀刻于所述单层基板(11)的上表面，所述双金属短路柱(112)位于所述单层介质(11)的内部，并且上接偶极子辐射结构(111)的两臂，下接所述金属地板(12)；所述第二强互耦天线单元(210)还包括偶极子辐射结构(211)和四金属短路柱结构(212)，其中，所述偶极子辐射结构(211)蚀刻于所述单层基板(11)的上表面，所述四金属短路柱结构(212)位于所述单层介质(11)的内部并且上接载偶极子辐射结构(211)的两臂，下接所述金属地板(12)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种棋盘型低散射低剖面强互耦宽带平面相控阵，其特征在于，包括至少两个第一子阵(100)和至少两个第二子阵(200)，且多个所述第一子阵(100)和多个所述第二子阵(200)之间按棋盘方式交叉排列；所述第一子阵(100)由N×N的第一强互耦天线单元(110)组成，所述第二子阵(200)由N×N的第二强互耦天线单元(210)组成，其中，N≥2；所述第一强互耦天线单元(110)和所述第二强互耦天线单元(210)均包括单层介质基板(11)、金属地板(12)、非平衡馈电结构(13)、馈电同轴连接器(14)，其中，所述金属地板(12)蚀刻在所述单层介质基板(11)的下表面，所述非平衡馈电结构(13)位于所述单层介质(11)的内部，所述馈电同轴连接器(14)位于所述金属地板(12)下方并端接所述非平衡馈电结构(13)；所述第一强互耦天线单元(110)还包括加载金属条带的偶极子辐射结构(111)、双金属短路柱(112)，其中，所述加载金属条带的偶极子辐射结构(111)蚀刻于所述单层基板(11)的上表面，所述双金属短路柱(112)位于所述单层介质(11)的内部，并且上接偶极子辐射结构(111)的两臂，下接所述金属地板(12)；所述第二强互耦天线单元(210)还包括偶极子辐射结构(211)和四金属短路柱结构(212...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈益凯，周文阳，杨仕文，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51