一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列，包括若干个呈矩形周期排布的方形介质基底单元、设置在介质基底单元上表面的金属单元和设置在介质基底单元下方的金属板，介质基底单元与金属板之间存在间距；所述金属单元包含四个相同的

【技术实现步骤摘要】
一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列
本专利技术属于雷达通信的
，具体涉及一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列。
技术介绍
隐身技术已成为提高装备平台对抗雷达探测能力的重要军事需求。而天线或天线阵的雷达散射横截面(RCS)作为一种特殊的散射，应首先被抑制。传统的降低RCS的方法包括：结构赋形，使用吸收材料，借用频率选择表面和超表面等。然而，这些方法在降低天线RCS的同时往往会在一定程度上导致天线辐射性能的恶化。为了在不影响天线辐射性能的前提下降低天线的RCS，近年来提出了吸收型频率选择反射器和吸收型频率选择传输器。根据其在天线工作频段的反射或透射特性以及工作频段两侧的吸收特性，可以将其作为反射地板或天线罩组装在天线结构中。然而，这两种类型的结构通常适用于单天线或者小孔径天线阵，且会使天线的整体剖面增大。现代雷达和通信系统中的探测、侦察、通信、干扰等功能需要大口径的天线阵列来满足系统的高增益要求。因此，尽管大口径天线阵列会导致总体RCS急剧增大，但其在军事平台上的应用更加实用和广泛。因此，在不额外增加天线结构复杂性和整体体积的情况下降低大口径天线阵列的RCS是迫切需要解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列，能够实现良好的带内辐射性能和带外RCS抑制特性。实现本专利技术的技术方案如下：一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列，包括若干个呈矩形周期排布的方形介质基底单元、设置在介质基底单元上表面的金属单元和设置在介质基底单元下方的金属板，介质基底单元与金属板之间存在间距；所述金属单元包含四个相同的“2”形金属条，其中一个“2”形金属条以所在方形介质基底单元中心为旋转中心，依次旋转90°，180°和270°，确定四个互不交叉和互不重叠的“2”形金属条的位置。进一步地，所述金属条总长度的1/2处焊接有贴片电阻。进一步地，所述金属条总长度的1/4处附近为馈源。进一步地，所述金属单元和金属板采用导电性金属材料制成。进一步地，所述介质基底单元采用介电常数为3，损耗正切值为0.002的RogersRO3003材料制成，介质基底单元的边长为30mm，金属条宽度为0.8mm，总长度为38.5mm，距离旋转中心的距离为2.5mm，所使用的贴片电阻的阻值为160Ω，馈电方式为SMA馈电。有益效果：本专利技术所提出的基于多功能谐振模的集成化低RCS圆极化天线阵列可以同时实现良好的带内辐射性能和较宽的带外RCS抑制特性，并且不额外增加天线结构的复杂性和整体体积，使得天线阵列的加工成本和加工难度显著下降，能更好地被应用于各个低可观测平台中。附图说明图1(a)为本专利技术圆极化天线单元结构图。图1(b)为本专利技术上层介质基底上的金属结构的尺寸图。图2为本专利技术天线工作在接收模式下的反射系数和电磁波吸收率。图3为本专利技术天线工作在发射模式下有无贴片电阻的反射系数。图4(a)为本专利技术天线工作在发射模式下E面辐射方向图。图4(b)为本专利技术天线工作在发射模式下H面辐射方向图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列，该天线阵列可以同时实现良好的带内辐射性能和带外RCS抑制特性，而且除了电阻外，不需要在天线上添加其他任何组件。该天线阵列利用了偶极子天线上的前三个谐振模，即半波长谐振，全波长谐振以及一倍半波长谐振，来达到我们预期的性能。通过在天线正中心焊接集总电阻，将半波长谐振和一倍半波长谐振转变为吸收模；而在适当的位置进行馈电时(约四分之一长度处)，可以同时将全波长谐振模激发为辐射模，从而形成吸收-辐射-吸收的功能分布。此外，通过简单弯曲金属条形成中心旋转对称结构，可以实现圆极化辐射性能。图1(a)为本专利技术圆极化天线单元结构图。该天线单元由三层组成，分别是上层的介质基底单元4，中间层的厚度h为8.5mm的泡沫层5和底层金属板单元6，其周期p为30mm。上层介质基底单元4的厚度t为1mm，其上表面镀有4根呈中心对称排布的形金属条1。金属条1的中心处焊接有贴片电阻3，并在长度的1/4处附近引入馈电端口2。图1(b)为本专利技术上层介质基底上的金属结构的尺寸图。引入的馈电端口和贴片电阻将金属条分成三段，长度分别为L1，L2和L3，为了实现良好的天线辐射性能和隐身性能，需要满足同时金属条的宽度w需要尽可能窄，使电流在金属条上的流动方向有较好的一致性。在本专利技术中，L1＝9.6mm，L2＝9.7mm，L3＝19.1mm，w＝0.8mm，S＝5.2mm，贴片电阻的阻值为160Ω，馈电方式为SMA馈电。当天线工作在接收模式下时，长度为L＝L1+L2+L3的金属条存在三个谐振模，其谐振频率分别为和在金属条的中心位置处，电流分布在这三个谐振模下分别为波腹点，波节点和波腹点。因此在此位置焊接电阻，可以使得在fL和fU附近的入射电磁波被电阻吸收，而在fM的入射电磁波因为没有电流流过电阻从而能不受影响地被天线接收。而当天线处于发射模式时，在天线的工作频率fM时贴片电阻依旧处于波节点，因此天线的辐射性能依旧没有被恶化。综上，本专利技术设计的集成化天线能同时实现良好的带内辐射性能和带外RCS抑制。如图2为本专利技术天线工作在接收模式时的反射系数和电磁波吸收率。本专利技术设计的天线工作频带位于6GHz附近，其两侧均存在宽吸收带，fL，fM和fU是这三个波段的中心频率。其中，低频吸收带覆盖2.88GHz～5.02GHz的频率范围，高频吸收带覆盖6.69GHz～9.92GHz的频率范围，相对带宽分别为54.2％和38.9％，且两个吸收波段的吸收率均在90％以上。图3为本专利技术天线工作在发射模式时有无贴片电阻的反射系数。当本专利技术设计的天线工作在发射模式时，其工作频带为6.29GHz～6.38GHz，且引入的贴片电阻并没有对天线的阻抗带宽带来太大的影响。图4(a)、(b)为本专利技术天线工作在发射模式时辐射方向图。当四个馈电端口按逆时针顺序馈入相位为0°，90°，180°，270°的信号时，本专利技术设计的天线实现了左旋圆极化辐射性能，增益为9.66dBi。同时还发现，引入电阻对天线的辐射图影响不大，且E面和H面的辐射模式一致性较高。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：通过简单的在偶极子天线上焊接一个贴片电阻，构造了三个具有不同功能的谐振模式，显著降低了天线的带外RCS，同时不影响天线的带内辐射性能。另外，天线的结构复杂性和整体体积并没有因此增加，故能更好的和低可观测系统集成。综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列，其特征在于，包括若干个呈矩形周期排布的方形介质基底单元、设置在介质基底单元上表面的金属单元和设置在介质基底单元下方的金属板，介质基底单元与金属板之间存在间距；/n所述金属单元包含四个相同的“2”形金属条，其中一个“2”形金属条以所在方形介质基底单元中心为旋转中心，依次旋转90°，180°和270°，确定四个互不交叉和互不重叠的“2”形金属条的位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列，其特征在于，包括若干个呈矩形周期排布的方形介质基底单元、设置在介质基底单元上表面的金属单元和设置在介质基底单元下方的金属板，介质基底单元与金属板之间存在间距；
所述金属单元包含四个相同的“2”形金属条，其中一个“2”形金属条以所在方形介质基底单元中心为旋转中心，依次旋转90°，180°和270°，确定四个互不交叉和互不重叠的“2”形金属条的位置。


2.如权利要求1所述的一种集成化低雷达散射截面积圆极化天线阵列，其特征在于，所述金属条总长度的1/2处焊接有贴片电阻。


3.如权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：金城，张彬超，尹丽媛，吕奇皓，孔令文，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11