CN104993237A - 一种提高接收天线吸收效率的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高接收天线吸收效率的实现方法，该方法的装置包括阵列天线和接地板，线极化的均匀平面波正面垂直入射到置于接地板上方的阵列天线上，均匀平面波的极化方向平行于阵列天线单元方向。以1×4阵列天线为例，在相同的接收条件下，通过调整有限接地板与有限阵列天线之间的间距和有限接地板尺寸，置于接地板上方的阵列天线的RCS(即：雷达散射截面)小于没有加上接地板的阵列天线的RCS，此时通过接收天线的吸收效率的计算公式可得，置于接地板上方的阵列天线的吸收效率大于阵列天线的吸收效率。由此可见，对接收天线加上接地板可以提高接收天线的吸收效率。

Description

一种提高接收天线吸收效率的实现方法

技术领域

本发明涉及一种提高接收天线吸收效率的方法，属于通信技术领域。

背景技术

雷达天线系统在现代众多飞行器设备中是一种必不可少的设备，然而雷达天线系统会在某些方向上产生非常大的RCS贡献，而且天线不同于普通的散射体，它是一个电磁场辐射体，在散射能量的同时，还要辐射能量，因此，实现天线的RCS减缩是非常重要的。

现代无线电技术的迅速发展，使得现代雷达技术对各种军用设备带来了致命的威胁。因此现在越来越多的国家的都重视提高军用设备的隐身能力，特别是提高军用设备上天线的隐身能力。目标隐身技术就是减小目标在雷达照射下的雷达散射截面(RCS)，对于目标体上的接收天线来说，即目标隐身技术就是减小天线在雷达照射下的RCS。

接收天线吸收效率的提高就意味着接收天线RCS的减缩。因此，如何接收天线的吸收效率一直是接收天线研究的重要内容。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于提供了一种提高接收天线吸收效率的实现方法，该方法通过对接收天线加上接地板，提高了接收天线的吸收效率。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种提高接收天线吸收效率的实现方法，该接收天线包括阵列天线和接地板。该阵列天线与接地板之间为空气介质，接地板和阵列天线为平行放置。线极化的均匀平面波正面垂直入射到置于接地板上方的阵列天线上，均匀平面波的极化方向平行于阵列天线单元方向。在相同的接收条件下，能够调节接地板、阵列天线之间的间距和接地板的尺寸。

本发明每个阵列天线单元都是半波偶极子天线，阵列天线的工作频率为f＝2.45GHz，即，波长为λ＝122.45mm，半波偶极子天线的长度为L＝λ/2，半波偶极子天线之间的间距L1＝λ/2，整个阵列天线的长度为a＝3×L1，宽度为b＝L。

本发明接地板与阵列天线之间的间距为L2＝λ/4，通过调整有限接地板尺寸，可得接地板的长度超过阵列天线长度的那部分为2×a1，此时a1＝λ/10，接地板的宽度超过阵列天线宽度的那部分为2×b1，此时b1＝λ/4，接地板的长度A＝4×L1，接地板的宽度B＝1.4L。

在相同的接收条件下，接收阵列天线的每个阵列天线单元都要阻抗匹配，在此基础上加上接地板。

方法流程： 

步骤1：将每个阵列天线单元都设置为半波偶极子天线；

步骤2：阵列天线的组成为(1×4)阵列天线或者为(1×N)，N为线天线单元个数；

步骤3：接收阵列天线的每个阵列天线单元都要进行阻抗匹配，然后加上导体接地平板；

步骤4：导体接地平板与阵列天线之间的间距为入射电磁波波长的四分之一；当天线单元数增加时，导体接地平板面积也相应增大；

步骤5：天线阵与导体接地平板一体化设计，构成一付高吸收效率的接收天线。

本发明所述方法在相同的接收条件下，通过调节阵列天线与接地板之间的间距以及接地板尺寸，置于接地板上方的阵列天线的雷达散射截面小于没有加上接地板的阵列天线的雷达散射截面。

本发明所述方法的接收天线为1×4阵列天线，每个阵列天线单元都是半波偶极子天线，阵列天线的工作频率为点频f＝2.45GHz，即波长为λ＝122.45mm。

本发明所述方法的半波偶极子天线的长度为L＝λ/2，半波偶极子天线之间的间距L1＝λ/2，整个阵列天线的长度a＝3×L1，宽度b＝L。

本发明所述方法的接地板和阵列天线平行放置，通过调整接地板与阵列天线之间的间距，得到接地板与阵列天线之间的间距L2＝λ/4。

本发明所述方法通过调整接地板尺寸，得到接地板的长度超过阵列天线长度的那部分为2×a1，此时a1＝λ/10，接地板的宽度超过阵列天线宽度的那部分为2×b1，此时b1＝λ/4，接地板的长度A＝4×L1，接地板的宽度B＝1.4L。

本发明所述方法在相同的接收条件下，阵列天线的每个阵列天线单元都能阻抗匹配，然后加上接地板。

本发明所述方法的线极化的均匀平面波正面垂直入射到置于接地板上方的阵列天线上，均匀平面波的极化方向平行于阵列天线单元方向。

有益效果： 

1、本发明通过调节阵列天线与接地板之间的间距以及接地板尺寸，提高了阵列天线的吸收效率。

2、本发明提高了阵列天线吸收效率，并且简单易行，成本低廉。

附图说明

图1阵列天线的整体和正面的结构示意图；

标识说明：图1(c)为整体结构；图1(d)为正面结构。

图2置于接地板上方的阵列天线整体、正面以及侧面的结构示意图；

标识说明：图2(e)为整体结构；图2(f)为正面结构；图2(g)为侧面结构。

图3阵列天线和置于接地板上方的阵列天线的方向性系数曲线图。

图4阵列天线和置于接地板上方的阵列天线的RCS曲线图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的工作频率为f＝2.45GHz的阵列天线，即：波长λ＝122.45mm；如图1(c)整体结构所示，阵列天线是由4个阵列天线单元依次排列组成；如图1(d)正面结构所示，每个阵列天线单元都是一个半波偶极子天线，其长度为L＝λ/2，每个阵列天线单元之间的间距为L1＝λ/2，整个阵列天线的长度a＝3×L1，宽度b＝L。

如图2所示，置于接地板上方的阵列天线，通过调节阵列天线与接地板之间的间距以及接地板尺寸，置于接地板上方的阵列天线的RCS(雷达散射截面)小于没有加上接地板的阵列天线的RCS，此时通过接收天线的吸收效率的计算公式可得，置于接地板上方的阵列天线的吸收效率大于阵列天线的吸收效率。其工作频率f＝2.45GHz，即波长λ＝122.45mm；如图2(e)整体结构所示，阵列天线是由4个阵列天线单元依次排列和一个接地板组成；如图2(g)侧面结构所示，接地板与接收天线之间的间距L2＝λ/4；如图2(f)正面结构所示，接地板的长度超过阵列天线长度的那部分为2×a1，此时a1＝λ/10，接地板的宽度超过阵列天线宽度的那部分为2×b1，此时b1＝λ/4，接地板的长度A＝4×L1，接地板的宽度B＝1.4L。

如图3所示，阵列天线的每个阵列天线单元的端口和置于接地板上方的阵列天线的每个阵列天线单元的端口都加载上相同的同幅同向的激励源，当phi＝90度时，theta在0～360度的范围内，阵列天线的方向性系数曲线图和置于接地板上方的阵列天线的方向性系数曲线图如图3所示，可得阵列天线的方向性系数的最大值为D1＝8.32，置于接地板上方的阵列天线的方向性系数的最大值为D2＝19.07。

如图4所示，本发明阵列天线的每个阵列天线单元的端口和置于接地板上方的阵列天线的每个阵列天线单元的端口都加载相同的匹配阻抗(匹配阻抗可以由阵列天线作为发射天线时，每个阵列天线单元端口的输入阻抗得到)，然后，将电场E的方向平行与阵列天线单元方向的线极化的平面波分别入射到阵列天线上和置于接地板上方的阵列天线上，当phi＝90度时，theta在0～360度的范围内，阵列天线的RCS曲线图和置于接地板上方的阵列天线的RCS曲线图如图4所示，可得前者阵列天线RCS的最大值σ＝0.0843；对于置于接地板上方的阵列天线来说，若只考虑阵列天线的吸收效率，此时只需要知道背向散射的RCS的最大值σ ＝0.024。

由一系列公式的推导，可得接收天线的吸收效率的近似公式为：

$\mathrm{\ηb}=\frac{{\mathrm{D\λ}}^2}{D{\mathrm{\λ}}^2+2\mathrm{\σ}}$

(η_b为吸收效率，λ为工作波长，D是阵列天线作为发射时的最大方向性系数，σ是RCS的最大值，2σ是前向散射的RCS的最大值与背向散射的RCS的最大值之和)

由图3的数据结果可得，接收阵列天线的吸收效率η_b＝42.53％。

由图4的数据结果可得，置于接地板上方的接收阵列天线的吸收效率η_b＝92.26％。

本发明的装置包括阵列天线和接地板，线极化的均匀平面波正面垂直入射到置于接地板上方的阵列天线上，均匀平面波的极化方向平行于阵列天线单元方向。以1×4阵列天线为例，在相同的接收条件下，通过调整有限接地板与有限阵列天线之间的间距和有限接地板尺寸，置于接地板上方的阵列天线的RCS(即：雷达散射截面)小于没有加上接地板的阵列天线的RCS，此时通过接收天线的吸收效率的计算公式可得，置于接地板上方的阵列天线的吸收效率大于阵列天线的吸收效率。由此可见，对接收天线加上接地板可以提高接收天线的吸收效率。

综上所述，本发明的接收天线加上接地板，能够提高接收天线的吸收效率。

本发明提供了一种提高接收天线吸收效率的实现方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：将每个阵列天线单元都设置为半波偶极子天线；

步骤2：阵列天线的组成为(1×4)阵列天线或者为(1×N)，N为线天线单元个数；

步骤3：接收阵列天线的每个阵列天线单元都要进行阻抗匹配，然后加上导体接地平板；

步骤4：导体接地平板与阵列天线之间的间距为入射电磁波波长的四分之一；当天线单元数增加时，导体接地平板面积也相应增大；

步骤5：天线阵与导体接地平板一体化设计，构成一付高吸收效率的接收天线。

本发明所述方法在相同的接收条件下，通过调节阵列天线与接地板之间的间距以及接地板尺寸，置于接地板上方的阵列天线的雷达散射截面小于没有加上接地板的阵列天线的雷达散射截面。

本发明所述方法的接收天线为1×4阵列天线，每个阵列天线单元都是半波偶极子天线，阵列天线的工作频率为点频f＝2.45GHz，即波长为λ＝122.45mm。

本发明所述方法的半波偶极子天线的长度为L＝λ/2，半波偶极子天线之间的间距L1＝λ /2，整个阵列天线的长度a＝3×L1，宽度b＝L。

本发明所述方法的接地板和阵列天线平行放置，通过调整接地板与阵列天线之间的间距，得到接地板与阵列天线之间的间距L2＝λ/4。

本发明所述方法通过调整接地板尺寸，得到接地板的长度超过阵列天线长度的那部分为2×a1，此时a1＝λ/10，接地板的宽度超过阵列天线宽度的那部分为2×b1，此时b1＝λ/4，接地板的长度A＝4×L1，接地板的宽度B＝1.4L。

本发明所述方法在相同的接收条件下，阵列天线的每个阵列天线单元都能阻抗匹配，然后加上接地板。

本发明所述方法的线极化的均匀平面波正面垂直入射到置于接地板上方的阵列天线上，均匀平面波的极化方向平行于阵列天线单元方向。

Claims (8)

1.一种提高接收天线吸收效率的实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将每个阵列天线单元都设置为半波偶极子天线；

步骤2：阵列天线的组成为(1×4)阵列天线或者为(1×N)，N为线天线单元个数；

步骤3：接收阵列天线的每个阵列天线单元都要进行阻抗匹配，然后加上导体接地平板；

步骤4：导体接地平板与阵列天线之间的间距为入射电磁波波长的四分之一；当天线单元数增加时，导体接地平板面积也相应增大；

步骤5：天线阵与导体接地平板一体化设计，构成一付高吸收效率的接收天线。

2.根据权利1所述的一种提高接收天线吸收效率的实现方法，其特征在于，所述方法在相同的接收条件下，通过调节阵列天线与接地板之间的间距以及接地板尺寸，置于接地板上方的阵列天线的雷达散射截面小于没有加上接地板的阵列天线的雷达散射截面。

3.根据权利1所述的一种提高接收天线吸收效率的实现方法，其特征在于，所述方法的接收天线为1×4阵列天线，每个阵列天线单元都是半波偶极子天线，阵列天线的工作频率为点频f＝2.45GHz，即波长为λ＝122.45mm。

4.根据权利1所述的一种提高接收天线吸收效率的方法，其特征在于，所述方法的半波偶极子天线的长度为L＝λ/2，半波偶极子天线之间的间距L1＝λ/2，整个阵列天线的长度a＝3×L1，宽度b＝L。

5.根据权利1所述的一种提高接收天线吸收效率的实现方法，其特征在于，所述方法的接地板和阵列天线平行放置，通过调整接地板与阵列天线之间的间距，得到接地板与阵列天线之间的间距L2＝λ/4。

6.根据权利1所述的一种提高接收天线吸收效率的实现方法，其特征在于，所述方法通过调整接地板尺寸，得到接地板的长度超过阵列天线长度的那部分为2×a1，此时a1＝λ/10，接地板的宽度超过阵列天线宽度的那部分为2×b1，此时b1＝λ/4，接地板的长度A＝4×L1，接地板的宽度B＝1.4L。

7.根据权利1所述的一种提高接收天线吸收效率的实现方法，其特征在于，所述方法在相同的接收条件下，阵列天线的每个阵列天线单元都能阻抗匹配，然后加上接地板。

8.根据权利1所述的一种提高接收天线吸收效率的实现方法，其特征在于，所述方法的线极化的均匀平面波正面垂直入射到置于接地板上方的阵列天线上，均匀平面波的极化方向平行于阵列天线单元方向。