一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线制造技术

一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线，包括

【技术实现步骤摘要】
一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线


[0001]本专利技术属于人工电磁表面
，具体涉及一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线
。

技术介绍

[0002]电磁超材料作为一种新技术，自诞生以来，因其独特的电磁特性而受到极为广泛的关注，并迅速发展成为涉及物理
、
化学
、
材料
、
信息等领域的前沿交叉学科
。
相较于早期只能实现单一功能的电磁超表面，多功能超表面可以实现对于电磁波的多个维度的调控，其应用场景也更加广泛，各个国家和机构都在不断推进多维超材料的工业化应用
。
[0003]天线的
RCS
减缩技术是目前天线领域的一个研究热点，近几年国内外许多专家学者在该方向发表过很多研究成果，它们大体上可以分为两大类：加载超材料和辐射散射一体化设计
。
其中，加载超材料来减缩天线
RCS
的方法又可以分为三个类别，它们分别对应的是对天线散射电磁波幅度
、
相位
、
极化的调控
。
辐射散射一体化设计也可以分为三个类别，即改变天线形状
、
随机旋转单元
、
改变天线馈电结构
。
[0004]国内的专家学者近几年对天线的
RCS
减缩技术研究很多
。
有通过加载超材料至天线上方或者天线辐射口径周围来减缩天线
RCS
的，例如，加载雷达吸波材料
(Radar Absorbing Material
，
RAM)、
加载频率选择表面
(Frequency Selective Surface
，
FSS)、
加载人工磁导体
(Artificial Magnetic Conductor
，
AMC)、
加载相位梯度超表面
(Phase Gradient Metasurface
，
PGM)、
加载极化旋转超表面
(Polarization Convention Metasurface
，
PCM)
，这些方法都实现了天线较好的
RCS
减缩性能，但是会对天线的辐射性能带来一定的影响，具体体现在加载超材料会使天线的剖面升高或者在天线的辐射口径之外引入额外的面积从而导致天线的口径效率降低
。
[0005]为了解决加载超材料引入的这些问题，最近一些学者通过对天线进行辐射散射一体化的设计，成功实现了天线具有良好
RCS
减缩性能的同时保证其辐射特性不受影响
。
即上文所说的改变天线形状
、
随机旋转单元
、
改变天线馈电结构这三种方法
。
[0006]天线作为一种特殊的散射体，较普通散射体相比具有特殊的散射机理，因此对天线进行
RCS
减缩难度更大
。
目前存在的减缩天线
RCS
的技术或多或少都存在一些缺点，这些缺点导致它们难以进行大规模组阵的运用
。
而对隐身飞行器来说，为了保障通讯，其机头大规模相控阵天线的运用是不可或缺的，但是大规模阵列的运用会导致飞行器特定角域
RCS
数量级的提升
[0007]公开号为
CN107579346A
的专利申请文件，公开了一种基于极化转换表面的微带天线，包括介质层
、
金属地板
、
极化转换表面
、
辐射单元和同轴接头；金属地板印制在介质层的下表面，极化转换表面印制在介质层的上表面，介质层的上侧中心位置设置有矩形腔体，该腔体上方设置有与同轴接头输出端固定的辐射单元，极化转换表面由四个极化转换单元组组成，每个极化转换单元组包含若干个递减分形单元，相邻极化转换单元组中的递减分形单元的排列方向相差
90
°
。
但是该专利技术在
14GHz
处的峰值增益仅为
7.13dBi
，天线增益较差
。
[0008]公开号为
CN111900547B
的专利申请文件，提出了一种基于编码超表面的宽带低散射微带阵列天线，包括自上而下排布且互不接触的正方形上层介质板
、
中层介质板和下层介质板
,
上层介质板上表面的中心位置印制有周期性排布的
M
×
M
个矩形微带辐射贴片
,
中层介质板上表面印制有编码超表面
,
下层介质板上表面印制有单输入
M
～2输出的微带馈电网络
,
下表面印制有金属辐射地板
,
该微带馈电网络通过贯穿中层介质板和上层介质板的金属探针与矩形微带辐射贴片连接
。
但是该专利技术无法实现任意线极化电磁波入射下带内低
RCS
的特性
。

技术实现思路

[0009]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线，通过对天线单元的宽带化设计以及对使用的各种无源微波器件的宽带化设计，实现了整个馈电网络的宽带化设计，既能保证宽带化的辐射性能，又能实现宽带的散射减缩效果，可应用于雷达截面积减缩以及电控可调控宽带化领域
。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0011]一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线，包括
N
×
N
个相同结构周期性排列的天线单元
10
，
N≥2
，
N
为正整数，所述天线单元
10
包括自上而下依次叠加放置的第一介质层
2、
第二介质层
4、
第三介质层
6、
第四介质层7；位于第一介质层2上表面设置有第一上层金属贴片1，第二介质层4上表面设置有第二下层金属贴片3，第三介质层6上表面设置有第三
L
形馈电结构5；
[0012]每四个相同结构周期性排列的天线单元
10
形成一个子阵，每个子阵的底部设有一个宽带馈电网络结构8；所述第三
L
形馈电结构5穿过金属化过孔与宽带馈电网络结构8相连接
。
[0013]所述宽带馈电网络结构8包括位于中间部位的宽带交叉电桥
8.2
，宽带交叉电桥
8.2
包括第一端口
8.2.1、
第二端口
8.2.2、
第三端口
8.2.3
和第四端口
8.2.4
，宽带交叉电桥
8.2
的四周设置有四个宽带三分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线，包括
N
×
N
个相同结构周期性排列的天线单元
(10)
，
N≥2
，
N
为正整数，其特征在于：所述天线单元
(10)
包括自上而下依次叠加放置的第一介质层
(2)、
第二介质层
(4)、
第三介质层
(6)、
第四介质层
(7)
；位于第一介质层
(2)
上表面设置有第一上层金属贴片
(1)
，第二介质层
(4)
上表面设置有第二下层金属贴片
(3)
，第三介质层
(6)
上表面设置有第三
L
形馈电结构
(5)
；每四个相同结构周期性排列的天线单元
(10)
形成一个子阵，每个子阵的底部设有一个宽带馈电网络结构
(8)
；所述第三
L
形馈电结构
(5)
穿过金属化过孔与宽带馈电网络结构
(8)
相连接
。2.
根据权利要求1所述的一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线，其特征在于：所述宽带馈电网络结构
(8)
包括位于中间部位的宽带交叉电桥
(8.2)
，宽带交叉电桥
(8.2)
包括第一端口
(8.2.1)、
第二端口
(8.2.2)、
第三端口
(8.2.3)
和第四端口
(8.2.4)
，宽带交叉电桥
(8.2)
的四周设置有四个宽带三分支分支线耦合器
(8.1)
，四个宽带三分支分支线耦合器
(8.1)
包括：呈对角线排列的第一宽带三分支分支线耦合器
(8.11)
和第三宽带三分支分支线耦合器
(8.13)
，以及呈对角线排列的第二宽带三分支分支线耦合器
(8.12)
和第四宽带三分支分支线耦合器
(8.14)
，宽带三分支分支线耦合器
(8.1)
包括输入端口
(8.1.1)、
隔离端口
(8.1.2)、
直通端口
(8.1.3)
和耦合端口
(8.1.4)
，其中，位于对角线的第一宽带三分支分支线耦合器
(8.11)
和第三宽带三分支分支线耦合器
(8.13)
的隔离端口
(8.1.2)
分别与宽带交叉电桥
(8.2)
的第一端口
(8.2.1)
和第三端口
(8.2.3)
相连接，位于对角线的第二宽带三分支分支线耦合器
(8.12)
和第四宽带三分支分支线耦合器
(8.14)
的隔离端口
(8.1.2)
分别与宽带交叉电桥
(8.2)
的第二端口
(8.2.2)
和第四端口
(8.2.4)
相连接；第一宽带三分支分支线耦合器
(8.11)
和第二宽带三分支分支线耦合器
(8.12)
的输入端口
(8.1.1)
分别与第一
Wilkinson
功分器
(8.41)
的第一输出端口
(8.4.2)
和第二输出端口
(8.4.3)
相连接；第三宽带三分支分支线耦合器
(8.13)
和第四宽带三分支分支线耦合器
(8.14)
的输入端口
(8.1.1)
分别与第二
Wilkinson
功分器
(8.42)
的第一输出端口
(8.4.2)
和第二输出端口
(8.4.3)
相连接；第一
Wilkinson
功分器
(8.41)
的输入端口
(8.4.1)
通过
180
°
宽带枝节加载型移相器
(8.3)
的开路枝节
(8.3.2)
与第三
Wilkinson
功分器
(8.43)
的第一输出端口
(8.4.2)
相连接；第二
Wilkinson
功分器
(8.42)
的输入端口
(8.4.1)
通过
180
°
宽带枝节加载型移相器
(8.3)
的
λ
/8
短路
(8.3.1)
与第三
Wilkinson
功分器
(8.43)
的第二输出端口
(8.4.3)
相连接；第三
Wilkinson
功分器
(8.43)
的输入端口
(8.4.1)
外接电源，给整个馈电结构馈电
。3.
根据权利要求2所述的一种基于馈电网络设计的宽带低散射阵列天线，其特征在于：所述宽带馈电网络结构
(8)
上的宽带交叉电桥
(8.2)
的第一端口
(8.2.1)
与第三端口
(8.2.3)
连通时形成馈电网络
A,
第二端口
(8.2.2)
与第四端口

【专利技术属性】
技术研发人员：贾永涛，陈泽尧，刘英，李松柏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：