CN113471693B - 基于超表面的宽带低rcs平板天线及其设计方法 - Google Patents

Abstract

提出一种基于超表面的宽带低RCS平板天线设计方法：根据平板天线的低RCS频段需求，选择宽带低RCS超表面，保证两者工作频段一致；在宽带低RCS超表面的基础上，选用强制馈电或耦合馈电等本领域所熟知的适当的天线馈电技术，使得超表面的部分单元有效激励，从而得到平板天线；对于得到的平板天线，进行结构参数微调，同时实现宽带低RCS和有效辐射。还提供一种宽带低RCS超表面，和一种基于超表面的宽带低RCS平板天线。该方法基于现有宽带低RCS超表面，结合馈电技术，快速获得宽带低RCS平板天线，大大加快低RCS天线的设计进程，简洁、高效，可应用于各种频段隐身天线设计，缩短设计周期，应用前景广阔。平板天线易与机载、弹载等各型载体共形，且重量轻、成本低，适宜于大规模应用。

Description

基于超表面的宽带低RCS平板天线及其设计方法

技术领域

本发明涉及天线设计技术，具体涉及利用超表面快速设计宽带低RCS平板天线的方法，更具体地涉及一种基于H形混合超表面的宽带低RCS平板天线。

背景技术

电磁超表面将人工构造的平面化物理微结构按特定空间序构排列，它通过微观和宏观尺度结构在表面上的综合，构建了物理结构和电磁空间的桥梁，极大地丰富了人类对电磁波的调控手段和能力。利用超表面不仅可以实现对电磁波直接特征量如幅度、相位、极化和传播方向的灵活调控，还可以实现更加复杂的全息成像、波束赋形、波束扫描等多种功能。电磁超表面的一个重要研究方向是实现雷达隐身设计，如2007年Paquay等利用电磁超表面对雷达波的同相位反射特性，将其与对雷达波具有反相位反射特性的金属面进行棋盘排列，实现表面法线方向的雷达散射截面(Radar Cross Section，RCS)显著减缩。为克服超表面的同相位反射带宽窄导致的表面RCS减缩带宽较窄的不足，2016 年Modi等提出将两种同相位反射超表面棋盘排列，利用两种超表面的反射相位差在宽频带内保持180°±37°，实现宽频带的低RCS超表面设计。尔后，进一步的研究表明，两种超表面的条状、分布式排列也可以实现低RCS性能。总之，目前关于宽带低RCS超表面的设计已经相对成熟。

与超表面的低RCS实现技术相比，天线的低RCS设计则要困难得多，其难点在于，天线的设计必须同时考虑其辐射和散射性能，而两者常常又是一对矛盾，传统的天线低RCS设计方法包括涂覆吸波材料、外形特殊设计等，这些方法容易导致天线辐射和散射性能两者顾此失彼。超表面技术的出现为天线低RCS设计提供了新思路。但已公开报道的基于超表面的低RCS天线设计多是将超表面额外加载到已有天线的周围，这给天线设计和优化过程增加了复杂度，也易导致天线体积增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于宽带低RCS超表面设计宽带低RCS平板天线的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：根据平板天线的低RCS频段需求，选择已知的宽带低RCS超表面，保证两者工作频段一致；

第二步：在宽带低RCS超表面的基础上，选用强制馈电或耦合馈电等本领域所熟知的天线馈电技术，使得超表面的部分单元在辐射时被有效激励，从而得到平板天线；

第三步：对于上述第二步得到的平板天线，进行结构参数微调，实现宽带低RCS和有效辐射；

其中，上述第三步在不需要时，省略第三步。

本发明提供一种宽带低RCS超表面，以下简称为“超表面”，其为矩形薄片结构，超表面自上而下包括金属贴片阵列01、介质基板02、金属地板03；其特征在于，

以金属贴片阵列01上表面的中心为坐标原点，建立直角坐标系XYZ，X 轴为水平轴，Y轴为纵轴，Z轴垂直于纸面向外；X轴为超表面的水平对称轴， Y轴为超表面的纵向对称轴，因此X轴和Y轴分别与超表面相交的两条边平行；

介质基板02为矩形薄片，其长度、宽度分别为超表面的长度、宽度；

金属贴片阵列01贴合在介质基板02的上表面，介质基板02的整个上表面由两种“H”形金属贴片周期紧密排列构成，每个“H”形金属贴片占据介质基板02上表面的一个尺寸完全相同的矩形区域，将含有“H”形金属贴片的矩形区域称为“H”形金属贴片单元，以下简称为“单元”，每个单元中只放置一个“H”形金属贴片，单元的中心和“H”形金属贴片的中心重合，单元的水平和竖直对称轴分别和单元中“H”形金属贴片的水平和竖直对称轴重合，且“H”形金属贴片与单元的边缘均保持一定间距；将两种单元分别记为“1单元”、“2单元”；超表面介质基板02的上表面由N×M个“1单元”和“2单元”紧密排列构成，其中N为行数，M为列数，N、M均为大于1的自然数且M为偶数；

1单元和2单元中的“H”形金属贴片边长不同；1单元和2单元的个数及其在介质基板02的上表面的排列方式，以在介质基板02的上表面上，无论1 单元还是2单元，均保证沿X轴、Y轴都必须是对称排列的为准；当N为奇数时，沿X轴分布的中间一排单元，其横向对称轴与X轴大致重合；

金属地板03为薄金属板，其完全覆盖介质基板02的下表面并与其紧密贴合，因此，金属地板03的长度、宽度与介质基板02相同。

在本发明的一个实施例中，

超表面介质基板02和金属地板03沿X轴方向的边长在30.0-70.0mm范围内；超表面介质基板02和金属地板03沿Y轴方向的边长在20.0-60.0mm范围内；超表面介质基板02的厚度在1.0-5.0mm范围内；

1单元和2单元沿X方向的边长在3.0-30.0mm范围内，沿Y方向的边长在3.0-30.0mm范围内。

在本发明的一个具体实施例中，

超表面介质基板02和金属地板03沿X轴方向的边长为47.2mm；超表面介质基板02和金属地板03沿Y轴方向的边长为30.6mm；超表面介质基板02 的厚度为2.0mm，其介电常数在2.0-4.0范围内；

超表面金属贴片阵列中的两种“H”形金属贴片、金属地板03和金属传输线 05的金属厚度范围为0.01-0.1mm；

1单元和2单元沿X方向的边长为11.8mm，沿Y方向的边长为10.2mm。

在本发明的另一个实施例中，

1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx1在1.0-30.0mm范围内； 1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy1在1.0-20.0mm范围内；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds1在0-20.0mm范围内；1 单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw1在0.5-30.0mm范围内；

2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx2在1.0-30.0mm范围内； 2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy2在1.0-20.0mm范围内；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds2在0-20.0mm范围内；2 单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw2在0.5-30.0mm范围内。

在本发明的另一个具体实施例中，

1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx1为9.3mm；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy1为3.0mm；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds1为2.1mm；1单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw1为8.0mm；

2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx2为10.6mm；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy2为4.6mm；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds2为0.5mm；2单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw2为3.2mm。

在本发明的又一个具体实施例中，1单元和2单元的个数及其在介质基板 02的上表面的排列方式，即从左到右、从上到下依次为1221/1221/1221，也可以从左到右、从上到下依次为2112/2112/2112。

本发明还提供一种基于超表面的宽带低RCS平板天线，以下简称为“平板天线”，其基于如权利要求1至4的任何一项所述的宽带低RCS超表面，其特征在于，平板天线是在超表面的基础上，通过金属传输线05将超表面中心的两个“H”形金属贴片单元相连，具体是把传输线5左右两侧那两个“H”形金属贴片连起来，并采用同轴电缆进行馈电；同轴电缆的圆柱形金属馈电探针04 自下而上穿透介质基板02，且与XOY面上的金属传输线05相连接，具体为：金属馈电探针04自下而上沿Z轴穿过XY平面上的金属传输线05，并与之连接；馈电点41的中心位于超表面的上表面的Y轴负半轴或正半轴，且距离原点O存在一定距离；金属馈电探针04从金属地板03的下表面穿出，金属馈电探针04与位于超表面下表面的金属地板03不接触。

在本发明的一个实施例中，平板天线和超表面结构相同部分的物理尺寸完全相同，除此之外，金属传输线05沿Y方向的宽度tw在0.1-10.0mm范围内；金属馈电探针04平行于XY平面的最大横截面尺寸在0.2-1.5mm范围内，探针馈电点41的中心位于Y轴负半轴或正半轴，且距离原点O在1.0-10.0mm 范围内。

在本发明的一个具体实施例中，金属传输线05沿Y方向的宽度tw为2.0mm；金属馈电探针04为圆柱形，其平行于XY平面的截面圆形半径为 0.5mm，探针馈电点41的中心位于Y轴负半轴，且距离原点O为4.15mm。

本发明的方法大大加快宽带低RCS天线的设计，摒弃传统在天线基础上集成超表面实现低RCS的技术路线，以一种全新的技术路线实现低RCS平板天线设计的快速、简洁、高效性。

本发明的优点在于：

1.提供一种全新的宽带低RCS平板天线的设计方法，即基于超表面设计平板天线，在技术相对成熟的宽带低RCS超表面的基础上，结合适当的馈电技术，快速获得宽带低RCS平板天线；

2.与现有技术相比，本发明提出的宽带低RCS平板天线设计方法，大大加快了低RCS天线的设计进程，且非常简洁、高效，可推广应用于各种频段隐身天线设计，缩短设计周期，应用前景非常广阔。基于该方法设计的平板天线易与机载、弹载等各型载体共形，且重量轻、成本低，适宜于大规模应用。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点，结合下面附图对实施例的描述将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明宽带低RCS超表面结构示意图，其中图1(a)为俯视图，图1(b)为正视图，图中用虚线描述了部件的对应关系；图1(c)为超表面单元的金属结构示意图；

图2为本发明宽带低RCS超表面和相同尺寸金属板在平面波垂直照射下的单站RCS随频率变化对比曲线图；

图3为本发明基于超表面的宽带低RCS平板天线结构示意图，其中图3 (a)为俯视图，图3(b)为正视图；

图4为本发明基于超表面的宽带低RCS平板天线和传统天线的反射系数随频率变化对比曲线图；

图5为本发明基于超表面的宽带低RCS平板天线和传统天线在5.9GHz 的增益辐射方向图，其中图5(a)为YOZ面方向图，图5(b)为XOZ面方向图；

图6为本发明基于超表面的宽带低RCS平板天线和传统天线在平面波垂直照射下的单站RCS随频率变化对比曲线图。

附图标记：01金属贴片阵列、02介质基板、03金属地板、04馈电金属探针、05传输线、41馈电点。

具体实施方式

下面通过详细描述一个实施例具体阐述本发明提出的一种基于超表面的宽带低RCS平板天线快速设计方法。

基于超表面的宽带低RCS平板天线快速设计方法，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同的标号表示相同的含义。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述本发明。

本发明提出的宽带低RCS平板天线的快速设计方法是：基于宽带低RCS 超表面设计宽带低RCS平板天线，包括以下步骤：

第一步：根据平板天线的低RCS频段需求，选择已知的宽带低RCS超表面，保证两者工作频段一致；

第二步：在宽带低RCS超表面的基础上，选用强制馈电或耦合馈电等本领域所熟知的天线馈电技术，使得超表面的部分单元在辐射时被有效激励，从而得到平板天线；

第三步：对于上述第二步得到的平板天线，进行结构参数微调，实现宽带低RCS和有效辐射。

其中，上述第三步在不需要时，也可以省略。

为进一步阐明上述设计方法，本发明还提供一个具体实施例。

针对本发明实施例5.5～8.5GHz的低RCS平板天线的目标，图1是本发明实施例中提出的宽带低RCS超表面(以下简称为“超表面”)，其为矩形薄片结构。图1(a)为俯视图，图1(b)为正视图。超表面自上而下包括超表面金属贴片阵列01、超表面介质基板02、超表面金属地板03。

以超表面金属贴片阵列01上表面的中心为坐标原点，建立直角坐标系 XYZ，在图1(a)的俯视图中，X轴为水平轴，Y轴为纵轴，Z轴垂直于纸面向外；X轴为超表面的水平对称轴，Y轴为超表面的纵向对称轴，因此X轴和Y轴分别与本发明超表面相交的两条边平行。

介质基板02为矩形薄片，其长度、宽度分别为超表面的长度、宽度。

金属贴片阵列01贴合在介质基板02的上表面，结合图1(a)，整个上表面由两种“H”形金属贴片周期紧密排列构成，每个“H”形金属贴片占据介质基板02上表面的一个矩形区域，将含有“H”形金属贴片的矩形区域称为“H”形金属贴片单元(以下简称为“单元”)，每个单元中只放置一个“H”形金属贴片，且单元的中心和“H”形金属贴片的中心重合，单元的水平和竖直对称轴分别和单元中“H”形金属贴片的水平和竖直对称轴重合，并且，每个单元的尺寸均相同。将两种单元分别记为“1单元”、“2单元”。超表面介质基板02的上表面由N×M个“1单元”和“2单元”紧密排列构成，其中N为行数，M为列数，N、M均为大于1的自然数且M为偶数。

如上所述，1单元和2单元沿X方向的边长(周期)相同，沿Y方向的边长(周期)也相同，但“H”形金属贴片边长不同。图1(c)是“H”形金属贴片的具体尺寸，其中1单元的尺寸在参数后面增加“1”表示，如dx1，dy1，ds1， dw1，2单元的尺寸在参数后面增加“2”表示，如dx2，dy2，ds2，dw2。以数字“1”代表1单元，以数字“2”代表2单元，在本发明的一个具体实施例中，1 单元和2单元的个数及其在介质基板02的上表面的排列方式，即从左到右、从上到下依次为1221/1221/1221，也可以从左到右、从上到下依次为 2112/2112/2112。在具体实践中，1单元和2单元的个数及其在介质基板02的上表面的排列方式，以在介质基板02的上表面上，无论1单元还是2单元，均保证沿X轴、Y轴都必须是对称排列的为准。也就是说：1单元沿X轴、Y 轴都必须是对称排列的，2单元沿X轴、Y轴都必须是对称排列的。当N为奇数时，横向(沿X轴)分布的中间一排单元，其横向(沿X轴)对称轴与 X轴大致重合，图1中就是N为奇数3的情形。

金属地板03为薄金属板，其完全覆盖介质基板02的下表面并与其紧密贴合，因此，金属地板03的长度、宽度与介质基板02相同。

图3是本发明实施例中提出的基于本发明超表面的宽带低RCS平板天线 (以下简称为“本发明平板天线”)的一个实施例。本发明平板天线是在本发明超表面的基础上，通过金属传输线05将超表面中心的两个“H”形金属贴片单元相连，具体是把图3(a)传输线5左右两侧那两个“H”形金属贴片连起来，并采用同轴电缆进行馈电。同轴电缆的圆柱形金属馈电探针04自下而上穿透介质基板02，且与XOY面上的金属传输线05相连接，具体为：金属馈电探针 04自下而上沿Z轴穿过XY平面上的金属传输线05，并与之连接。馈电点41 的中心位于超表面的上表面的Y轴负半轴(从图3(a)看，馈电点41的中心位于本发明平板天线的下半部分)，且距离原点O存在一定距离。金属馈电探针04从金属地板03的下表面穿出，金属馈电探针04与位于超表面下表面的金属地板03不接触。一言概之，金属馈电探针04仅与金属传输线05电连接，与金属地板03不接触。为保证不接触，金属地板03上，在金属馈电探针04 穿过的位置周围挖掉一块金属，使金属馈电探针04和金属地板03的金属层之间没有导电性连接，从而保持绝缘。

本发明超表面的具体尺寸如下：结合图1所示，超表面介质基板02和金属地板03沿X轴方向的边长在30.0-70.0mm范围内，优选值为47.2mm；超表面介质基板02和金属地板03沿Y轴方向的边长在20.0-60.0mm范围内，优选值为30.6mm。超表面介质基板02的厚度在1.0-5.0mm范围内，优选值为 2.0mm，其介电常数在2.0-4.0范围内，优选值为2.65。超表面金属贴片阵列中的两种“H”形金属贴片、金属地板03和金属传输线05的金属厚度范围为0.01-0.1mm，优选值为0.035mm，可以采用铜、银和铝等常规导电材料或其他导电材料。结合图1，1单元和2单元沿X方向的边长(周期)在3.0-30.0mm 范围内，优选值为11.8mm，沿Y方向的边长(周期)在3.0-30.0mm范围内，优选值为10.2mm。结合图1(c)，1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dX1在1.0-30.0mm范围内取值，优选值为9.3mm；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy1在1.0-20.0mm范围内取值，优选值为3.0mm；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds1在0-20.0mm范围内取值，优选值为2.1mm；1单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw1 在0.5-30.0mm范围内取值，优选值为8.0mm。2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx2在1.0-30.0mm范围内取值，优选值为10.6mm；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy2在1.0-20.0mm范围内取值，优选值为 4.6mm；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds2在0-20.0mm 范围内取值，优选值为0.5mm；2单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw2在0.5-30.0mm范围内取值，优选值为3.2mm。

本发明平板天线的具体尺寸如下：本发明平板天线和本发明超表面结构相同部分的物理尺寸完全相同，除此之外，结合图3(a)所示，金属传输线05 沿Y方向的宽度tw在O.1-10.0mm范围内取值，优选值为2.0mm；金属馈电探针04为圆柱形，其平行于XY平面的截面圆形半径在0.2-1.5mm范围内，优选值为0.5mm，结合图3所示，在本实施例中，探针馈电点41的中心位于 Y轴负半轴，且距离原点O在1.0-10.0mm范围内，优选值为4.15mm。

采用商用三维全波电磁仿真软件Ansoft HFSS14对本发明超表面和本发明平板天线分别进行了仿真。为了便于比较，同时对去掉超表面金属贴片01 的金属板和传统矩形贴片形微带天线也分别进行了仿真。其中传统矩形贴片形微带天线为本领域所熟知的天线，其外形和本发明天线完全相同，矩形贴片的中心位于天线上表面的中心，且沿X轴方向的边长为17.0mm，沿Y轴方向的边长为14.0mm。仿真RCS时，平面波从-Z方向垂直照射。图2对比给出了仿真得到金属板和本发明超表面的单站RCS，可以看出，对于X极化或Y极化平面波，本发明超表面在5.5GHz-8.5GHz较金属板都有明显的RCS减缩。图4对比给出了仿真得到传统天线和本发明平板天线的反射系数随频率变化结果，可以看出，传统天线和本发明平板天线的-10dB工作带宽几乎相同。图 5(a)和图5(b)对比给出了仿真得到两天线在5.9GHz的增益辐射方向图，可以看出，两天线在YOZ面和XOZ面主辐射方向完全相同，且本发明平板天线的最大增益较传统天线高0.5dB。图6对比给出了仿真得到两天线在X极化和Y极化平面波垂直照射下的单站RCS，从图中可以看出，对于X极化平面波，本发明天线在5.6GHz-8.6GHz较传统天线有明显的RCS减缩；对于Y极化平面波，本发明天线在5.5GHz-8.5GHz较传统天线有明显的RCS减缩；综合这些结果表明，本发明提出的基于超表面的宽带低RCS平板天线设计方法具有有效、快速的特点。

Claims (9)

1.一种基于超表面的宽带低RCS平板天线，以下简称为“平板天线”，其采用一种宽带低RCS超表面，以下简称为“超表面”，超表面为矩形薄片结构，自上而下包括金属贴片阵列(01)、介质基板(02)、金属地板(03)；其中，

以金属贴片阵列(01)上表面的中心为坐标原点，建立直角坐标系XYZ，X轴为水平轴，Y轴为纵轴，Z轴垂直于纸面向外；X轴为超表面的水平对称轴，Y轴为超表面的纵向对称轴，因此X轴和Y轴分别与超表面相交的两条边平行；

介质基板(02)为矩形薄片，其长度、宽度分别为超表面的长度、宽度；

金属贴片阵列(01)贴合在介质基板(02)的上表面，介质基板(02)的整个上表面由两种“H”形金属贴片周期紧密排列构成，每个“H”形金属贴片占据介质基板(02)上表面的一个尺寸完全相同的矩形区域，将含有“H”形金属贴片的矩形区域称为“H”形金属贴片单元，以下简称为“单元”，每个单元中只放置一个“H”形金属贴片，单元的中心和“H”形金属贴片的中心重合，单元的水平和竖直对称轴分别和单元中“H”形金属贴片的水平和竖直对称轴重合，且“H”形金属贴片与单元的边缘均保持一定间距；将两种单元分别记为“1单元”、“2单元”；超表面介质基板(02)的上表面由N×M个“1单元”和“2单元”紧密排列构成，其中N为行数，M为列数，N、M均为大于1的自然数且M为偶数；

1单元和2单元中的“H”形金属贴片边长不同；1单元和2单元的个数及其在介质基板(02)的上表面的排列方式，以在介质基板(02)的上表面上，无论1单元还是2单元，均保证沿X轴、Y轴都必须是对称排列的为准；当N为奇数时，沿X轴分布的中间一排单元，其横向对称轴与X轴大致重合；

金属地板(03)为薄金属板，其完全覆盖介质基板(02)的下表面并与其紧密贴合，因此，金属地板(03)的长度、宽度与介质基板(02)相同；

其特征在于，

平板天线是在超表面的基础上，通过金属传输线(05)将超表面中心的两个“H”形金属贴片单元相连，具体是把金属传输线(05)左右两侧那两个“H”形金属贴片连起来，并采用同轴电缆进行馈电；同轴电缆的圆柱形金属馈电探针(04)自下而上穿透介质基板(02)，且与XOY面上的金属传输线(05)相连接，具体为：金属馈电探针(04)自下而上沿Z轴穿过XY平面上的金属传输线(05)，并与之连接；探针馈电点(41)的中心位于超表面的上表面的Y轴负半轴或正半轴，且距离原点O存在一定距离；金属馈电探针(04)从金属地板(03)的下表面穿出，金属馈电探针(04)与位于超表面下表面的金属地板(03)不接触。

2.如权利要求1所述的基于超表面的宽带低RCS平板天线，其特征在于，在所述宽带低RCS超表面中，

超表面介质基板(02)和金属地板(03)沿X轴方向的边长在30.0-70.0mm范围内；超表面介质基板(02)和金属地板(03)沿Y轴方向的边长在20.0-60.0mm范围内；超表面介质基板(02)的厚度在1.0-5.0mm范围内；

1单元和2单元沿X方向的边长在3.0-30.0mm范围内，沿Y方向的边长在3.0-30.0mm范围内。

3.如权利要求2所述的基于超表面的宽带低RCS平板天线，其特征在于，在所述宽带低RCS超表面中，

超表面介质基板(02)和金属地板(03)沿X轴方向的边长为47.2mm；超表面介质基板(02)和金属地板(03)沿Y轴方向的边长为30.6mm；超表面介质基板(02) 的厚度为2.0mm，其介电常数在2.0-4.0范围内；

超表面金属贴片阵列中的两种“H”形金属贴片、金属地板(03)和金属传输线05的金属厚度范围为0.01-0.1mm；

1单元和2单元沿X方向的边长为11.8mm，沿Y方向的边长为10.2mm。

4.如权利要求1所述的基于超表面的宽带低RCS平板天线，其特征在于，在所述宽带低RCS超表面中，

1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx1在1.0-30.0mm范围内；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy1在1.0-20.0mm范围内；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds1在0-20.0mm范围内；1单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw1在0.5-30.0mm范围内；

2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx2在1.0-30.0mm范围内；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy2在1.0-20.0mm范围内；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds2在0-20.0mm范围内；2单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw2在0.5-30.0mm范围内。

5.如权利要求4所述的基于超表面的宽带低RCS平板天线，其特征在于，在所述宽带低RCS超表面中，

1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx1为9.3mm；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy1为3.0mm；1单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds1为2.1mm；1单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw1为8.0mm；

2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的长度dx2为10.6mm；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边的宽度dy2为4.6mm；2单元“H”形金属贴片的两条竖直长边之间的间隔距离ds2为0.5mm；2单元“H”形金属贴片的中间横条在竖直方向的高度dw2为3.2mm。

6.如权利要求1所述的基于超表面的宽带低RCS平板天线，其特征在于，在所述宽带低RCS超表面中，1单元和2单元的个数及其在介质基板(02)的上表面的排列方式，即从左到右、从上到下依次为1221/1221/1221，也可以从左到右、从上到下依次为2112/2112/2112。

7.如权利要求1所述的基于超表面的宽带低RCS平板天线，其特征在于，平板天线和超表面结构相同部分的物理尺寸完全相同，除此之外，金属传输线(05)沿Y方向的宽度tw在0.1-10.0mm范围内；金属馈电探针(04)平行于XY平面的最大横截面尺寸在0.2-1.5mm范围内，探针馈电点(41)的中心位于Y轴负半轴或正半轴，且距离原点O在1.0-10.0mm范围内。

8.如权利要求7所述的基于超表面的宽带低RCS平板天线，其特征在于，金属传输线(05)沿Y方向的宽度tw为2.0mm；金属馈电探针(04)为圆柱形，其平行于XY平面的截面圆形半径为0.5mm，探针馈电点(41)的中心位于Y轴负半轴，且距离原点O为4.15mm。

9.如权利要求1至8任一项所述的基于超表面的宽带低RCS平板天线的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：根据平板天线的低RCS频段需求，选择已知的宽带低RCS超表面，保证两者工作频段一致；

第二步：在宽带低RCS超表面的基础上，选用强制馈电或耦合馈电的天线馈电技术，使得超表面的部分单元在辐射时被有效激励，从而得到平板天线；

第三步：对于上述第二步得到的平板天线，进行结构参数微调，实现宽带低RCS和有效辐射；

其中，上述第三步在不需要时，省略第三步。

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