CN214336930U - 一种低散射双频圆极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种低散射双频圆极化微带天线，属于天线技术领域；其包括第一介质基板、第一金属贴片、螺旋型缝隙、金属化过孔、第二金属贴片、第三金属贴片、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板、金属地板、单T型缝隙、双T型缝隙、贴片电感和同轴馈电内芯。所述第一介质基板上表面印制有M×N个周期排布的第一金属贴片；所述金属地板上其中一相邻边刻蚀单T型缝隙，另一相邻边刻蚀Q个双T型缝隙；本实用新型通过对天线地板针对性开槽和加载电感，从而控制散射模式电流，来实现该双频圆极化微带天线的低散射特性。

Description

一种低散射双频圆极化微带天线

技术领域

本实用新型涉及到天线技术领域，特别涉及一种低散射双频圆极化微带天线。

背景技术

随着雷达截面减缩技术的快速发展，在未来的信息领域中实现低雷达散射截面RCS特性是重中之重。当敌方雷达照射到我方物体时反射回去的有效散射截面尽可能少的话，那么对方的探测系统就会无法获知我方物体的实际位置，从而达到隐身的效果。而天线作为雷达和通信系统中不可缺少的设备，对于所搭建的平台的RCS有着显著的贡献。

如何在保证天线辐射特性不受影响的情况下来降低其RCS是一个难题。在过去很长一段时间里，学者们提出了许多技术或者特定的结构来降低天线的RCS。例如，第一种方法是形状改变设计技术，通过设计出最优化的结构如仿生结构来降低RCS；第二种方法是新材料技术，通过加载雷达吸波材料RAM和具备带阻特性的频率选择表面FSS到天线结构上，可以显著地降低天线工作频带外的RCS，但是使用雷达吸波材料会使得天线辐射效率下降，还有对于应用频率选择表面来降低天线工作频带内的RCS是相当困难；第三种方法是对消技术，通过将两种相位相差180°的人工磁导体结构周期性排列，以此来将正入射电磁波反射到别的角度上，从而降低正入射方向上的RCS。但是这种方法需要在天线周围加载人工磁导体，对天线的尺寸要求比较大，而且对C波段以下的天线几乎没有应用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种低散射双频圆极化微带天线。该天线在保证天线辐射性能的同时，实现了双频圆极化微带天线在S 波段带内带外雷达散射截面减缩。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种低散射双频圆极化微带天线，包括层叠设置的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板；还包括同轴馈电结构和金属过孔；

所述第一介质基板的上表面印制有以矩形阵列方式排布的第一金属贴片，所述第一金属贴片上刻蚀有螺旋缝隙；所述第二介质基板的上表面设有第二金属贴片；所述第三介质基板的上表面设有第三金属贴片；所述第四介质基板的下表面设有矩形的金属地板；所述金属地板上其中一对相邻边的每边处均刻蚀有单T型缝隙，另一对邻边的每边处均刻蚀有双T型缝隙，所述单T型缝隙和双T型缝隙的垂直缝隙的末端均延伸至金属地板的边沿；所述双T型缝隙的垂直缝隙内还设有贴片电感；所述金属地板还具有方形缺角；

所述第一金属贴片和金属过孔一一对应，所述金属过孔的顶部连接第一金属贴片，底部连接第二金属贴片；

所述同轴馈电结构的内芯连接在第二金属贴片的下方，并穿过第二介质基板、第三金属贴片、第三介质板和第四介质板，所述同轴馈电的内芯和第三金属贴片无接触。

进一步的，所述双T型缝隙包括两个水平缝隙和一个垂直缝隙，其中一水平缝隙的长度长于另一水平缝隙的长度；所述垂直缝隙贯穿其中一长水平缝隙的中间位置，并连接至另一短水平缝隙的中间位置。

进一步的，所述螺旋缝隙为矩形状。

进一步的，所述第一介质基板、第二金属贴片、第三金属贴片、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板的几何中心均与金属地板的几何中心投影重合。

进一步的，所述金属过孔偏离于第一金属贴片的几何中心。

进一步的，所述同轴馈电的内芯偏离于金属底板的几何中心。

本实用新型采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本实用新型通过在金属地板上针对性开槽和在缝隙中加载电感，从而控制散射模式电流的方式，同时实现了双频圆极化微带天线在S波段带内带外雷达散射截面减缩。

2、本实用新型将第二金属贴片和第三金属贴片分别放置在第二介质基板和第三介质基板上表面，金属地板位于第四介质基板下表面，这样使得每一层介质基板结构简单，便于加工。

3、本实用新型通过采用四层介质基板结构，将超材料覆层放置于第二介质基板上表面，不需要放置在天线周围，降低了对天线的尺寸要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例的正面结构示意图。

图2是本实用新型实施例的背面结构示意图。

图3是图1的第一金属贴片的示意图。

图4是图2的金属地板的示意图。

图5是本实用新型实施例在1.5～3GHz频段轴比仿真结果图。

图6是本实用新型实施例在1.5～3GHz频段左旋圆极化增益仿真结果图。

图7是本实用新型实施例在1.5～3GHz频段x极化入射波垂直照射时单站RCS仿真结果图。

图8是本实用新型实施例在1.5～3GHz频段y极化入射波垂直照射时单站RCS仿真结果图。

图中：1、螺旋缝隙，2、第一金属贴片，3、单T型缝隙，4、同轴馈电结构，5、双T型缝隙，6、贴片电感，7、方形缺角

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

一种低散射双频圆极化微带天线，包括层叠设置的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板；还包括同轴馈电结构4和金属过孔；

所述第一介质基板的上表面印制有以矩形阵列方式排布的第一金属贴片，所述第一金属贴片2上刻蚀有螺旋缝隙1；所述第二介质基板的上表面设有第二金属贴片；所述第三介质基板的上表面设有第三金属贴片；所述第四介质基板的下表面设有矩形的金属地板；所述金属地板上其中一对相邻边的每边处均刻蚀有单T型缝隙，另一对邻边的每边处均刻蚀有双T型缝隙5，所述单T型缝隙3和双T 型缝隙的垂直缝隙的末端均延伸至金属地板的边沿；所述双T型缝隙的垂直缝隙内还设有贴片电感6；所述金属地板还具有方形缺角7；

所述第一金属贴片和金属过孔一一对应，所述金属过孔的顶部连接第一金属贴片，底部连接第二金属贴片；

所述同轴馈电结构的内芯连接在第二金属贴片的下方，并穿过第二介质基板、第三金属贴片、第三介质板和第四介质板，所述同轴馈电的内芯和第三金属贴片无接触。

进一步的，所述双T型缝隙包括两个水平缝隙和一个垂直缝隙，其中一水平缝隙的长度长于另一水平缝隙的长度；所述垂直缝隙贯穿其中一长水平缝隙的中间位置，并连接至另一短水平缝隙的中间位置。

进一步的，所述螺旋缝隙为矩形状。

进一步的，所述第一介质基板、第二金属贴片、第三金属贴片、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板的几何中心均与金属地板的几何中心投影重合。

进一步的，所述金属过孔偏离于第一金属贴片的几何中心。

进一步的，所述同轴馈电的内芯偏离于金属底板的几何中心。

下面为一更具体的实施例：

本实施例包括第一介质基板、第一金属贴片、螺旋缝隙、金属化过孔、第二金属贴片、第三金属贴片、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板、金属地板、贴片电感和同轴馈电。第二金属贴片位于第二介质基板上表面；第三金属贴片位于第三介质基板上表面；第三介质基板位于第二介质基板与第四介质基板中间，且位于第四介质基板上表面；金属地板位于第四介质基板下表面；所述同轴馈电内芯穿透过第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板与第二金属贴片相连接。

第一金属贴片的长宽均为a2，a2的取值范围为11～13mm。

螺旋缝隙为矩形状，其缝宽为w2，w2的取值范围为0.3～0.6mm。

金属化过孔的底面半径为r1，r1的取值范围为0.15～0.4mm。

相邻第一金属贴片的间距为g，g的取值范围为0.1～0.3mm。

金属地板四个角切掉了边长为d1的正方形区域，d1的取值范围为8.8mm～9.2mm。

第一介质基板上表面印制有M*N个周期排布的第一金属贴片，其中，M，N大于等于2，第一金属贴片表面上刻蚀有螺旋缝隙。

金属地板上刻蚀有P个单T型缝隙和Q个双T型缝隙,其中，P， Q大于等于2；所述贴片电感位于双T型缝隙的垂直短缝中，并连接到金属地板，该贴片电感的感值为L，L的取值范围为5～20nH。

金属化过孔的上表面几何中心距离其对应的第一金属贴片的几何中心偏移量为q1，q1的取值范围为0.9～1.2mm。第一金属贴片通过金属化过孔与第二金属贴片相连接。

第一介质基板、M个第一金属贴片、M个金属化过孔、第二金属贴片构成超材料覆层。第二金属贴片既作为所述超材料覆层的金属地板，又作为所述双频圆极化微带天线的辐射贴片。

单T型缝隙和双T型缝隙的缝宽均为w1，单T型缝隙的水平长缝和双T型缝隙的长水平缝隙长度均为d4，双T型缝隙的短水平缝隙长度为d5，单T型缝隙的垂直短缝长度为d2，双T型缝隙的垂直短缝长度为d3。d2的取值范围为4～5.5mm，d3的取值范围为6～7.5mm， d4的取值范围为45.8～46.2mm，d5的取值范围为39.4～40.2mm，w1 的取值范围为0.8～1.2mm。

所述第一介质基板、第二金属贴片、第三金属贴片、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板和金属地板的几何中心在金属地板表面上的投影重合。

所述同轴馈电内芯下表面的几何中心与金属地板的几何中心的偏移量为q2，q2的取值范围为9～9.6mm。

本实例取但不限于a2＝12mm，w2＝0.5mm，r1＝0.2mm。

本实例取但不限于g＝0.2mm，d1＝9mm。

本实例取但不限于L＝10nH。

本实例取但不限于q2＝1mm。

本实例取但不限于d2＝5mm，d3＝7mm，d4＝46mm，d5＝40mm，w1＝1mm。

本实例取但不限于q2＝9.4mm。

本实用新型的技术效果可通过以下仿真实验进一步说明：

1、仿真软件：

商业仿真软件HFSS_19.0

2、仿真内容

仿真1，利用仿真软件对上述实施例低散射双频圆极化微带天线在1.5～3GHz频段的轴比进行仿真，结果如图7所示。

从图5可以看出，在1.99～2.22GHz、2.24～2.44GHz频带范围内天线轴比小于3dB。说明本实用新型实施例低散射双频圆极化微带天线具有良好的圆极化性能。

仿真2，利用仿真软件对上述实施例低散射双频圆极化微带天线在1.5～3GHz频段的左旋圆极化增益进行仿真，结果如图8所示。

从图6可以看出，在2GHz和2.2GHz频点，天线的增益大于6dBi，说明本实用新型在两个谐振频点有较好的辐射特性。

仿真3，利用仿真软件对上述实施例低散射双频圆极化微带天线在1.5～3GHz频段x极化入射波垂直照射下的单站RCS进行仿真，结果如图7所示。

从图7可以看出，在2GHz和2.2GHz处，相比于参考天线，本实用新型实施例低散射双频圆极化微带天线的雷达散射截面减缩值分别为11.6dB和11.9dB；在1.5～2GHz和2.2～3GHz频率范围内，相比于参考天线，本实用新型实施例低散射双频圆极化微带天线均有良好的雷达散射截面减缩效果。

仿真4，利用仿真软件对上述实施例低散射双频圆极化微带天线在1.5～3GHz频段y极化入射波垂直照射下的单站RCS进行仿真。

从图8可以看出，在2GHz和2.2GHz处，相比于参考天线，本实用新型实施例的雷达散射截面减缩值分别为7.3dB和10.9dB；在 1.5～2GHz和2.2～3GHz频率范围内，相比于参考天线，本实用新型实施例低散射双频圆极化微带天线均有良好的雷达散射截面减缩效果。

综上，本实用新型在S波段实现了良好的雷达散射截面减缩。

以上描述和实施例，仅为本实用新型的优选实例，不构成对本实用新型的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本实用新型内容和设计原理后，都可能在基于本实用新型的原理和结构的情况下，进行形式上和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本实用新型思想的修正和改变仍在本实用新型的权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低散射双频圆极化微带天线，包括层叠设置的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板；其特征在于，还包括同轴馈电结构和金属过孔；

所述第一介质基板的上表面印制有以矩形阵列方式排布的第一金属贴片，所述第一金属贴片上刻蚀有螺旋缝隙；所述第二介质基板的上表面设有第二金属贴片；所述第三介质基板的上表面设有第三金属贴片；所述第四介质基板的下表面设有矩形的金属地板；所述金属地板上其中一对相邻边的每边处均刻蚀有单T型缝隙，另一对邻边的每边处均刻蚀有双T型缝隙，所述单T型缝隙和双T型缝隙的垂直缝隙的末端均延伸至金属地板的边沿；所述双T型缝隙的垂直缝隙内还设有贴片电感；所述金属地板还具有方形缺角；

所述第一金属贴片和金属过孔一一对应，所述金属过孔的顶部连接第一金属贴片，底部连接第二金属贴片；

所述同轴馈电结构的内芯连接在第二金属贴片的下方，并穿过第二介质基板、第三金属贴片、第三介质板和第四介质板，所述同轴馈电的内芯和第三金属贴片无接触。

2.根据权利要求1所述的一种低散射双频圆极化微带天线，其特征在于，所述双T型缝隙包括两个水平缝隙和一个垂直缝隙，其中一水平缝隙的长度长于另一水平缝隙的长度；所述垂直缝隙贯穿其中一长水平缝隙的中间位置，并连接至另一短水平缝隙的中间位置。

3.根据权利要求1所述的一种低散射双频圆极化微带天线，其特征在于，所述螺旋缝隙为矩形状。

4.根据权利要求1所述的一种低散射双频圆极化微带天线，其特征在于，所述第一介质基板、第二金属贴片、第三金属贴片、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板的几何中心均与金属地板的几何中心投影重合。

5.根据权利要求1所述的一种低散射双频圆极化微带天线，其特征在于，所述金属过孔偏离于第一金属贴片的几何中心。

6.根据权利要求1所述的一种低散射双频圆极化微带天线，其特征在于，所述同轴馈电的内芯偏离于金属底板的几何中心。

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