本發(fā)明屬于微波天線，具體為一種加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，可用于雷達(dá)散射截面縮減。

背景技術(shù)：

1、近年來，由于隱身與反隱身技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)散射截面(radar?cross?section，rcs)已經(jīng)成為目前研究的重點(diǎn)。天線是無線通信系統(tǒng)最重要的一部分，為了系統(tǒng)的正常通信，必須保證天線能夠有效的輻射電磁波，同時(shí)，對(duì)于低散射特性的無線通信平臺(tái)，必須要求天線具有良好的散射特性，低rcs天線是無線電通信系統(tǒng)的理想選擇。因此，在不影響天線的正常輻射特性的前提下，有效的控制和減縮天線的rcs已經(jīng)成為當(dāng)前迫切需要解決的問題。天線的散射場(chǎng)包含模式散射和結(jié)構(gòu)散射，目前最常用的rcs縮減方法為修形技術(shù)和涂敷吸波材料。修形技術(shù)是通過對(duì)天線結(jié)構(gòu)中電流較弱的部分進(jìn)行開槽或者切除，進(jìn)而減小天線的散射，該種方法雖然降低了天線的rcs，但是對(duì)天線的輻射特性影響較大；同理，將吸波材料加載在天線周圍不僅會(huì)對(duì)天線的輻射產(chǎn)生較大的影響，而且大部分只能吸收一個(gè)極化方向的電磁波，難以適用多種復(fù)雜的電磁環(huán)境中。此外，目前有文獻(xiàn)采取對(duì)amc(artificial?magnetic?conductor)單元或者相位梯度單元隨機(jī)排布的方式降低rcs。首先該種方法難以實(shí)現(xiàn)寬帶的rcs縮減；此外，盡管正常方向的rcs減小，但其在其他方向的rcs可能會(huì)增強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，以在于保證天線正常輻射的同時(shí)，拓寬吸波帶寬，實(shí)現(xiàn)在多種復(fù)雜電磁環(huán)境下都可以達(dá)到良好的吸波效果。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，包括第一介質(zhì)板、第二介質(zhì)板、第三介質(zhì)板、吸波層、透波層、輻射層和金屬底板，其中：

4、吸波層印制在第一介質(zhì)板上表面，透波層印制在第二介質(zhì)板上中下表面，輻射層印制在第三介質(zhì)板的上表面，金屬底板印制在第三介質(zhì)板的下表面；

5、所述第二介質(zhì)板包含堆疊在一起的兩層介質(zhì)板；

6、所述吸波層包括帶有四枝節(jié)的金屬方環(huán)以及加載在該金屬方環(huán)四邊的集總電阻，其中每個(gè)枝節(jié)為連接在金屬方環(huán)頂點(diǎn)的帶有彎折金屬條帶的金屬長方形環(huán)；

7、所述透波層包含一對(duì)金屬圓環(huán)以及挖洞金屬板，其中一對(duì)金屬圓環(huán)分別放置在第二介質(zhì)板中第一層介質(zhì)層的上表面以及第二介質(zhì)層的下表面；挖洞金屬板放置在第二介質(zhì)板的第一層介質(zhì)層以及第二介質(zhì)層之間；

8、所述輻射層包括第三介質(zhì)板的上表面加載的微帶天線陣列及其饋電網(wǎng)絡(luò)，以及第三介質(zhì)板的下表面的金屬底板；輻射層采用同軸線饋電。

9、進(jìn)一步地，所述第一介質(zhì)板的相對(duì)介電常數(shù)為3.5，厚度為0.6mm；第二介質(zhì)板中兩層介質(zhì)板的相對(duì)介電常數(shù)均為2.65，厚度均為0.8mm；第三介質(zhì)板的相對(duì)介電常數(shù)為2.2，厚度為0.6mm。

10、進(jìn)一步地，第一介質(zhì)板與第二介質(zhì)板、第二介質(zhì)板與第三介質(zhì)板之間的兩層空隙均為空氣腔，其中第一介質(zhì)板的下表面和第二介質(zhì)板的上表面之間的空氣腔高度為6mm，第二介質(zhì)板的下表面和第三介質(zhì)板的上表面之間的空氣腔高度為20mm。

11、進(jìn)一步地，金屬方環(huán)的每個(gè)頂點(diǎn)外側(cè)均通過金屬連接帶連接一個(gè)結(jié)構(gòu)相同且對(duì)稱的枝節(jié)，該枝節(jié)為帶有彎折金屬條帶的金屬長方形環(huán)；其中，所述彎折金屬條帶由八條寬度一致的金屬條帶構(gòu)成，其中第一金屬條帶連接在金屬長方形環(huán)一條短邊的內(nèi)側(cè)中部，第二金屬條帶連接在第一金屬條帶端部側(cè)面，第三金屬條帶連接在第二金屬條帶端部側(cè)面并與金屬長方形環(huán)的一條長邊之間存在間隙；第四金屬條帶連接在第三金屬條帶端部側(cè)面，第五金屬條帶連接在第四金屬條帶端部側(cè)面并與金屬長方形環(huán)的另一條長邊之間存在間隙；第六金屬條帶連接在第五金屬條帶端部側(cè)面，第七金屬條帶的一端連接在第六金屬條帶端部側(cè)面，另一端連接第八金屬條帶側(cè)面中部，第八金屬條帶與金屬長方形環(huán)另一條短邊之間存在間隙；其中，第一金屬條帶、第三金屬條帶、第五金屬條帶以及第七金屬條帶平行于金屬長方形環(huán)的長邊，第二金屬條帶、第四金屬條帶、第六金屬條帶、第八金屬條帶平行于金屬長方形環(huán)的短邊。

12、進(jìn)一步地，金屬方環(huán)內(nèi)邊長為1.8mm，每條邊的寬度為0.3mm，并且四個(gè)阻值為120ω的集總電阻分別加載在金屬方環(huán)各邊的中心，集總電阻的長度為0.5mm，寬度為0.3mm；

13、金屬方環(huán)和金屬長方形環(huán)之間的金屬連接帶的長度為0.85mm，金屬長方形環(huán)的長邊外側(cè)長度為3.2mm，金屬長方形環(huán)的短邊外側(cè)寬度為2.6mm；長邊、短邊以及每條金屬條帶的寬度均為0.2mm；

14、對(duì)于彎折金屬條帶，第一金屬條帶長度為0.6mm，第二金屬條帶長度為0.8mm，第三金屬條帶長度為0.8mm，第四金屬條帶長度為1.6mm，第五金屬條帶長度為0.9mm，第六金屬條帶長度為0.75mm，第七金屬條帶長度為0.7mm，第八金屬條帶長度為1.6mm。

15、進(jìn)一步地，金屬圓環(huán)內(nèi)徑為6mm，內(nèi)徑與外徑之差為2.4mm；所述挖洞金屬板上被挖去圓洞的直徑為5.6mm。

16、進(jìn)一步地，加載在輻射層上的2×2微帶陣列天線上方的fsr陣列由7×7個(gè)吸波層4和7×7個(gè)透波層共同組成。

17、進(jìn)一步地，所述輻射層中的微帶天線陣列包含四個(gè)相同的微帶貼片天線、饋電網(wǎng)絡(luò)和金屬底板；饋電網(wǎng)絡(luò)包括一分四等分功分器，其中第一段的一端連接同軸線，另一端的兩側(cè)分別連接一個(gè)第二段；每個(gè)第二段的端部連接一個(gè)第三段，每個(gè)第三段的端部兩側(cè)分別連接一個(gè)第四段，每個(gè)第四段的端部連接第五段，第五段端部連接第六段，第六段的端部插入到匹配槽中；其中，第五段垂直于第六段，第四段與第五段之間的夾角為鈍角，與第三段之間的夾角為銳角。

18、進(jìn)一步地，微帶貼片天線長度為16mm，寬度為10.95mm；微帶貼片天線上的匹配槽深度為3mm，寬度為1.35mm；所述功分器的第一段長度為7.1mm，寬度為1.5mm，每個(gè)第二段的長度為6.3mm，寬度為0.45mm；第三段長度為6.2mm，寬度為0.85mm；第四段、第五段、第六段寬度均為0.45mm，第四段長度為8.65mm，第五段長度為7.45mm，第六段長度為5.83mm。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

20、1.本發(fā)明所設(shè)計(jì)的吸波層采取金屬方環(huán)并結(jié)合集總電阻的方法，結(jié)合歐姆損耗與介質(zhì)基板損耗，拓展了吸波層的帶寬，實(shí)現(xiàn)了陣列天線的寬帶吸波特性，從而降低了陣列天線的rcs。

21、2.本發(fā)明采用彎折金屬條帶的方式，實(shí)現(xiàn)了吸波單元的小型化。

22、3.采用帶通型頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在天線的工作頻帶范圍內(nèi)插損低于-1db的良好透波特性，保證了天線的正常工作。

23、4.本發(fā)明采用中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可以吸收主極化和交叉極化方向的電磁波，適用多種復(fù)雜的電磁環(huán)境中。

技術(shù)特征：

1.一種加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，包括第一介質(zhì)板(1)、第二介質(zhì)板(2)、第三介質(zhì)板(3)、吸波層(4)、透波層(5)、輻射層(6)和金屬底板(7)，其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，所述第一介質(zhì)板(1)的相對(duì)介電常數(shù)為3.5，厚度為0.6mm；第二介質(zhì)板(2)中兩層介質(zhì)板的相對(duì)介電常數(shù)均為2.65，厚度均為0.8mm；第三介質(zhì)板3的相對(duì)介電常數(shù)為2.2，厚度為0.6mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，第一介質(zhì)板(1)與第二介質(zhì)板(2)、第二介質(zhì)板(2)與第三介質(zhì)板(3)之間的兩層空隙均為空氣腔，其中第一介質(zhì)板(1)的下表面和第二介質(zhì)板(2)的上表面之間的空氣腔高度為6mm，第二介質(zhì)板(2)的下表面和第三介質(zhì)板(3)的上表面之間的空氣腔高度為20mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，金屬方環(huán)(41)的每個(gè)頂點(diǎn)外側(cè)均通過金屬連接帶(44)連接一個(gè)結(jié)構(gòu)相同且對(duì)稱的枝節(jié)，該枝節(jié)為帶有彎折金屬條帶(45)的金屬長方形環(huán)(43)；其中，所述彎折金屬條帶由八條寬度一致的金屬條帶構(gòu)成，其中第一金屬條帶(451)連接在金屬長方形環(huán)(43)一條短邊的內(nèi)側(cè)中部，第二金屬條帶(452)連接在第一金屬條帶(451)端部側(cè)面，第三金屬條帶(453)連接在第二金屬條(452)帶端部側(cè)面并與金屬長方形環(huán)(43)的一條長邊之間存在間隙；第四金屬條帶(454)連接在第三金屬條帶(453)端部側(cè)面，第五金屬條帶(455)連接在第四金屬條帶(454)端部側(cè)面并與金屬長方形環(huán)(43)的另一條長邊之間存在間隙；第六金屬條帶(456)連接在第五金屬條(455)帶端部側(cè)面，第七金屬條帶(457)的一端連接在第六金屬條(456)帶端部側(cè)面，另一端連接第八金屬條帶(458)側(cè)面中部，第八金屬條帶(458)與金屬長方形環(huán)(43)另一條短邊之間存在間隙；其中，第一金屬條帶(451)、第三金屬條帶(453)、第五金屬條帶(455)以及第七金屬條(457)帶平行于金屬長方形環(huán)(43)的長邊，第二金屬條帶(452)、第四金屬條帶(454)、第六金屬條帶(456)、第八金屬條帶(458)平行于金屬長方形環(huán)(43)的短邊。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，金屬方環(huán)(43)內(nèi)邊長為1.8mm，每條邊的寬度為0.3mm，并且四個(gè)阻值為120ω的集總電阻(42)分別加載在金屬方環(huán)(41)各邊的中心，集總電阻(42)的長度為0.5mm，寬度為0.3mm；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，金屬圓環(huán)(51)內(nèi)徑為6mm，內(nèi)徑與外徑之差為2.4mm；所述挖洞金屬板(52)上被挖去圓洞的直徑為5.6mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，加載在輻射層(6)上的2×2微帶陣列天線上方的fsr陣列由7×7個(gè)吸波層(4)和7×7個(gè)透波層(5)共同組成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，所述輻射層(6)中的微帶天線陣列包含四個(gè)相同的微帶貼片天線(61)、饋電網(wǎng)絡(luò)(62)和金屬底板(7)；饋電網(wǎng)絡(luò)(62)包括一分四等分功分器(64)，其中第一段(641)的一端連接同軸線(65)，另一端的兩側(cè)分別連接一個(gè)第二段(642)；每個(gè)第二段(642)的端部連接一個(gè)第三段(643)，每個(gè)第三段(643)的端部兩側(cè)分別連接一個(gè)第四段(644)，每個(gè)第四段(644)的端部連接第五段(645)，第五段(645)端部連接第六段(646)，第六段(646)的端部插入到匹配槽(63)中；其中，第五段(645)垂直于第六段(646)，第四段(644)與第五段(645)之間的夾角為鈍角，與第三段(643)之間的夾角為銳角。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加載fsr的寬帶低rcs陣列天線，其特征在于，微帶貼片天線(61)長度為16mm，寬度為10.95mm；微帶貼片天線(61)上的匹配槽(63)深度為3mm，寬度為1.35mm；所述功分器(64)的第一段(641)長度為7.1mm，寬度為1.5mm，每個(gè)第二段(642)的長度為6.3mm，寬度為0.45mm；第三段(643)長度為6.2mm，寬度為0.85mm；第四段(644)、第五段(645)、第六段(646)寬度均為0.45mm，第四段(644)長度為8.65mm，第五段(645)長度為7.45mm，第六段(646)長度為5.83mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種加載FSR的寬帶低RCS陣列天線，其中吸波層印制在第一介質(zhì)板上表面，透波層印制在第二介質(zhì)板上中下表面，輻射層印制在第三介質(zhì)板的上表面，金屬底板印制在第三介質(zhì)板的下表面；所述第二介質(zhì)板包含堆疊在一起的兩層介質(zhì)板；所述吸波層包括帶有四枝節(jié)的金屬方環(huán)以及加載在該金屬方環(huán)四邊的集總電阻，其中每個(gè)枝節(jié)為連接在金屬方環(huán)頂點(diǎn)的帶有彎折金屬條帶的金屬長方形環(huán)；所述透波層包含一對(duì)金屬圓環(huán)以及挖洞金屬板，其中一對(duì)金屬圓環(huán)分別放置在第二介質(zhì)板的上下表面，挖洞金屬板放置在第二介質(zhì)板中間；所述輻射層包括第三介質(zhì)板的上表面加載的微帶天線陣列及其饋電網(wǎng)絡(luò)，以及第三介質(zhì)板的下表面的金屬底板；輻射層采用同軸線饋電。

技術(shù)研發(fā)人員：邢自健,趙子杰,張兆林,韓闖,王伶,汪躍先
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19