CN115101939A - 一种基于极化旋转超表面的宽频rcs缩减天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，通过将极化旋转超表面的贴片设置为“土”字型，并结合介质基板选择合适的表面单元形状与大小，实现了在宽频带下的极化转化效率达到80％以上，同时根据极化旋转超表面的理论基础，将多个宽频RCS缩减单元设置成棋盘格排列方式，完成了12‑20GHz的频段频段内都有5dB以上的RCS缩减效果，保证了将入射的电磁波在各个方向进行散射，最后配合辐射贴片单元完成天线设计，形成了一种在基本不影响天线的辐射性能的情况下实现宽频RCS缩减的天线。

Description

一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线。
背景技术
隐身技术的快速发展使得各个国家在武器装备方面的竞争更加的剧烈，针对目前在隐身技术中，对于电磁波的雷达隐身能力是现阶段各个国家研究的重点，其最主要的目的就是能够有效控制目标体的特征型号。雷达散射截面(Radar Cross section，RCS))作为一个衡量目标体隐身性能的标准，指的是目标体在电磁波的入射下，在规定方向上反射回来的散射功率的大小，是一种能够定量表示目标体散射特性的物理量。通常情况下是该飞行器最主要的强散射源。
而在用于实际作战的隐身武器台上，平台上天线的RCS占据了总RCS的一大部分，因此降低天线本身的RCS日益重要。同时，天线不同于一般的散射体，在天线设计和实现过程中，需要在天线的辐射性能和散射性能之间反复权衡，这也会限制一些降低RCS的方法(如改变结构外形、涂覆吸波材料等)的使用。
目前所设计的超表面大部分存在着RCS缩减频段不够宽，并且引入天线部分后散射性能和天线的辐射性能难以平衡的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，旨在解决现有技术中的频段RCS缩减的问题，并实现RCS缩减表面的辐射性能和散射性能平衡。
为实现上述目的，本发明采用的一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，包括若干个宽频RCS缩减单元和辐射贴片单元，所述宽频RCS缩减单元呈8×8棋盘格阵列布置，位于阵列中心部位的四个单元位置替换为所述辐射贴片单元。
其中，所述宽频RCS缩减单元包括极化旋转超表面、介质基板和金属地，所述极化旋转超表面、所述介质基板和所述金属地依次设置。
其中，所述极化旋转超表面的贴片设置为土字型，并沿所述宽频RCS缩减单元顶面的对角线45°排列，贴片内尺寸设置分别为介质基板边长L值为5.6mm，土字型竖直部长度L1值为4.8mm，土字型长横部长度L2值为2.6mm，土字型长横部宽度W1值为0.6mm，土字型短横部长度L3值为2.2mm，土字型短横部宽度W2值为0.6mm。
其中，所述介质基板为Rogers6002基板，介电常数ε为2.94，损耗角正切tanδ为0.0012，所述介质基板的高度H设置为2.23mm。
其中，所述基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线的8×8棋盘格阵列的整体长度Lt为44.8mm，所述辐射贴片单元的长度Wb为12.5mm。
其中，所述基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线通过链接送所述金属地和所述辐射贴片的同轴进行馈电。
本发明的一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，通过将极化旋转超表面的贴片设置为“土”字型，并结合介质基板选择合适的表面单元形状与大小，实现了在宽频带下的极化转化效率达到80％以上，同时根据极化旋转超表面的理论基础，将多个宽频RCS缩减单元设置成棋盘格排列方式，完成了12-20GHz的频段频段内都有5dB以上的RCS缩减效果，保证了将入射的电磁波在各个方向进行散射，最后配合辐射贴片单元完成天线设计，形成了一种在基本不影响天线的辐射性能的情况下实现宽频RCS缩减的天线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线的结构示意图。
图2是本发明的一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线的俯视图。
图3是本发明的宽频RCS缩减单元的结构示意图。
图4是本发明的宽频RCS缩减单元的俯视图。
图5是本发明的极化转化表面的极化转化效率曲线图。
图6是本发明的实施例中设置极化旋转超表面阵列与不设置两种情况下的RCS大小对比图。
图7是本发明的实施例中不加载极化旋转超表面时的微带天线增益图。
图8是本发明的实施例中不加载极化旋转超表面时的微带天线增益图。
1-极化旋转超表面、2-介质基板、3-金属地。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图8，本发明提供了一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，包括若干个宽频RCS缩减单元和辐射贴片单元，所述宽频RCS缩减单元呈8×8棋盘格阵列布置，位于阵列中心部位的四个单元位置替换为所述辐射贴片单元。
所述宽频RCS缩减单元包括极化旋转超表面1、介质基板2和金属地3，所述极化旋转超表面1、所述介质基板2和所述金属地3依次设置。
所述极化旋转超表面的贴片设置为土字型，并沿所述宽频RCS缩减单元顶面的对角线45°排列，贴片内尺寸设置分别为介质基板边长L值5.6mm，土字型竖直部长度L1值4.8mm，土字型长横部长度L2值2.6mm，土字型长横部宽度W1值0.6mm，土字型短横部长度L3值2.2mm，土字型短横部宽度W2值0.6mm。
所述介质基板为Rogers6002基板，介电常数ε为2.94，损耗角正切tanδ为0.0012，所述介质基板的高度H设置为2.23mm。
本发明对所述极化旋转超表面的极化转化效率进行检测验证，如图5所示，“土”字型极化旋转超表面的极化转化效率在10-17GHz内可以达到80％以上，证明所述宽频RCS缩减单元具有在很宽频带内的极化转化效率。
进一步的，本发明还针对8×8棋盘格阵列与不设置任何超表面结构的RCS进行对比，通过将其棋盘格排列，可将入射的电磁波进行散射相消，从而实现RCS的缩减功能。具体请参阅图6的缩减曲线，如图6所示，极化旋转超表面8×8阵列在12-20GHz的频段频段内都有5dB以上的RCS缩减效果。
本发明还提出了一个具体实施例将加载极化旋转超表面与不加载极化旋转超表面的微带天线进行增益比较。
具体的，在极化旋转超表面的宽频RCS缩减8×8阵列中中心部分挖去四个单元而引入辐射贴片单元，增加了其辐射特性，所设计的极化旋转超表面的宽频RCS缩减8×8天线俯视图如图1所示，设计的矩形微带辐射贴片单元的大小Wb＝12.5mm,整体长度Lt＝44.8mm,天线单元通过链接底部地与辐射贴片的同轴进行馈电，金属通孔的半径大小为R＝0.2mm。
进一步的，从图7可以看到，当不加载极化旋转超表面时，所设计的微带贴片天线的最大增益为9.7dB，而当加载极化旋转超表面时如图8所示，所设计的微带贴片天线的最大增益为9.2dB，通过对比可以看出，当加入极化旋转超表面完成RCS缩减的功能的同时，所加入的贴片的增益只有0.5dB的损失，天线的辐射性能几乎不受到影响。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，其特征在于，
包括若干个宽频RCS缩减单元和辐射贴片单元，所述宽频RCS缩减单元呈8×8棋盘格阵列布置，位于阵列中心部位的四个单元位置替换为所述辐射贴片单元。
2.如权利要求1所述的基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，其特征在于，
所述宽频RCS缩减单元包括极化旋转超表面、介质基板和金属地，所述极化旋转超表面、所述介质基板和所述金属地依次设置。
3.如权利要求2所述的基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，其特征在于，
所述极化旋转超表面的贴片设置为土字型，并沿所述宽频RCS缩减单元顶面的对角线45°排列，贴片内尺寸设置分别为介质基板边长L值为5.6mm，土字型竖直部长度L1值为4.8mm，土字型长横部长度L2值为2.6mm，土字型长横部宽度W1值为0.6mm，土字型短横部长度L3值为2.2mm，土字型短横部宽度W2值为0.6mm。
4.如权利要求2所述的基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，其特征在于，
所述介质基板为Rogers6002基板，介电常数ε为2.94，损耗角正切tanδ为0.0012，所述介质基板的高度H设置为2.23mm。
5.如权利要求1所述的基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，其特征在于，
所述基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线的8×8棋盘格阵列的整体长度Lt为44.8mm，所述辐射贴片单元的长度Wb为12.5mm。
6.如权利要求2所述的基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线，其特征在于，
所述基于极化旋转超表面的宽频RCS缩减天线通过链接送所述金属地和所述辐射贴片的同轴进行馈电。
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