CN109830803A - 低雷达散射截面微带天线 - Google Patents

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翁小龙
张洪媛
罗威
陈海燕
贺文涛
巫雪玉
侯凯强
齐伦
李凯
韦彪
段维
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Abstract

本发明提供一种低雷达散射截面微带天线，包括：介质基板、辐射贴片、人工磁导体表面、金属地板、缺陷地，人工磁导体表面由第一人工磁导体单元阵列和第二人工磁导体单元阵列构成棋盘格结构，缺陷地包括金属地板刻蚀得到的方环形槽，本发明两个不同的人工磁导体单元可以在较宽的频段满足从180°±30°的相位差，从而实现天线的宽带雷达散射截面减缩目的，与原天线相比，天线增益显著提高；由于地面刻蚀缺陷地结构，使得天线辐射贴片附近的人工磁导体单元的反射曲线向低频移动，在不改变人工磁导体单元尺寸的情况下实现更低频段的雷达截面减缩，也为小型化设计提供新的思路。

Description

低雷达散射截面微带天线
技术领域
本发明属于天线技术领域技术领域，尤其是一种基于人工磁导体和缺陷地结构的低雷达散射截面微带天线。
背景技术
天线在低可见平台中作为强散射源，对其隐身方面的研究引起越来越广泛的关注，不同于普通的散射目标，天线是一个电磁场辐射体,在降低雷达截面的同时必须保证自身正常工作，由于这种特殊性，在实际的低雷达散射截面设计中，需要在辐射性能和低雷达散射截面设计目标之间进行折中。
常规的隐身措施(如低雷达截面外形设计、涂覆雷达吸波材料等)不可能简单的在天线隐身技术中获得应用，而超材料的出现为解决这一难题提供了新思路。美国学者D.Sievenpiper等人于1999年提出的人工磁导体(AMC)结构，因其对平面波具有同相位反射特性，在天线低雷达散射截面设计中的应用成为近几年的研究热点。
目前利用人工磁导体结构降低天线雷达散射截面的方法中，多在部分损失或基本保证天线辐射性能的同时实现设计目标，因此设计出一种低雷达散射截面且辐射性能又得到改善的天线以适应更加复杂的实际应用，成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于人工磁导体和缺陷地结构的低雷达散射截面微带天线，该天线体积小、结构简单、在较宽的频段内具有较低的雷达散射截面且增益提高。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种低雷达散射截面微带天线，包括：介质基板1、介质基板1上表面中心位置印刷的辐射贴片2、分布在辐射贴片2周围的人工磁导体表面3、介质基板1下表面印刷的金属地板4、金属地板4中心位置刻蚀的缺陷地9，辐射贴片2通过同轴探针10与金属地板4相连，天线中心轴线位置设有馈电点5，所述人工磁导体表面3由第一人工磁导体单元阵列71和第二人工磁导体单元阵列81构成棋盘格结构，第一人工磁导体单元阵列71和第二人工磁导体单元阵列81覆盖的面积相同，第一人工磁导体单元7和第二人工磁导体单元8的周期相同，第一人工磁导体单元7和第一人工磁导体单元8满足180°±30°的相位差，所述缺陷地9包括金属地板刻蚀得到的方环形槽11，刻蚀后的金属地板中心留有一个方形金属块12，方形金属块12位于对称轴上的4个边长中点分别设有一个未刻蚀金属矩形段13。
作为优选方式，介质基板材料采用罗杰斯RT/duroid 5880，介质基板的边长尺寸L＝60mm、厚度H＝1.575mm。
作为优选方式，辐射贴片2的边长W＝8.6mm，
作为优选方式，馈电点5与天线中心点距离cx＝1.7mm。
作为优选方式，所述人工磁导体表面3为3x3的阵列去掉中心阵列构成的棋盘格结构。
作为优选方式，第一人工磁导体单元阵列71和第二人工磁导体单元阵列81都为4x4的阵列。
作为优选方式，第一人工磁导体单元7和第二人工磁导体单元8都为方形贴片，边长分别为4.9mm、3.6mm，周期P＝5mm，材料及其厚度与天线介质基板材料相同。
作为优选方式，第一人工磁导体单元7和第二人工磁导体单元8满足180°±30°的相位差，当平面波垂直入射时，根据相位干涉相消原理，反射波与入射波对消，降低天线的雷达散射截面。
作为优选方式，缺陷地外边界92和金属地板外边界之间的尺寸t＝16.5mm，方环形槽11的宽度W2＝9.2mm，未刻蚀金属矩形段13的宽度W1＝4mm，缺陷地外边界92与未刻蚀金属矩形段13外边沿的距离W3＝2mm。
通过调整方环形槽和四个未刻蚀金属矩形段的尺寸，获得最佳的交叉极化抑制，以改善天线辐射性能。
本发明的有益效果为：本发明两个不同的人工磁导体单元可以在较宽的频带内满足180°±30°的相位差，从而实现天线的宽带雷达散射截面减缩目的；与原天线相比，天线增益显著提高；由于地面刻蚀缺陷地结构，使得天线辐射贴片附近的人工磁导体单元的反射相位曲线向低频移动，在不改变人工磁导体单元尺寸的情况下实现更低频段的雷达散射截面减缩，也为小型化设计提供新的思路。
附图说明
图1为本发明天线的剖面图；
图2为本发明天线的俯视图；
图3为本发明的人工磁导体单元示意图；
图4为本发明天线中的缺陷地结构示意图；
图5为本发明天线的S11仿真结果图；
图6为本发明天线的方向图；其中(a)为xoz面，(b)为yoz面；
图7为本发明天线的单站雷达散射截面仿真结果图；
1为介质基板，2为辐射贴片，3为人工磁导体表面，4为金属地板，5为馈电点，6为同轴连接器，7为第一人工磁导体单元，71为第一人工磁导体单元阵列，8为第二人工磁导体单元，81为第二人工磁导体单元阵列，9为缺陷地，91为缺陷地内边界，92为缺陷地外边界，10为同轴探针，11为方环形槽，12为方形金属块，13为未刻蚀金属矩形段。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
一种低雷达散射截面微带天线，包括：介质基板1、介质基板1上表面中心位置印刷的辐射贴片2、分布在辐射贴片2周围的人工磁导体表面3、介质基板1下表面印刷的金属地板4、金属地板4中心位置刻蚀的缺陷地9，辐射贴片2通过同轴探针10与金属地板4相连，天线中心轴线位置设有馈电点5，所述人工磁导体表面3由第一人工磁导体单元阵列71和第二人工磁导体单元阵列81构成棋盘格结构，第一人工磁导体单元阵列71和第二人工磁导体单元阵列81覆盖的面积相同，第一人工磁导体单元7和第二人工磁导体单元8的周期相同，第一人工磁导体单元7和第一人工磁导体单元8满足180°±30°的相位差，所述缺陷地9包括金属地板刻蚀得到的方环形槽11，刻蚀后的金属地板中心留有一个方形金属块12，方形金属块12位于对称轴上的4个边长中点分别设有一个未刻蚀金属矩形段13。
本实施例中，介质基板材料采用罗杰斯RT/duroid 5880，介质基板的边长尺寸L＝60mm、厚度H＝1.575mm。辐射贴片2的边长W＝8.6mm，馈电点5与天线中心点距离cx＝1.7mm。所述人工磁导体表面3为3x3的阵列去掉中心阵列构成的棋盘格结构。第一人工磁导体单元阵列71和第二人工磁导体单元阵列81都为4x4的阵列。第一人工磁导体单元7和第二人工磁导体单元8都为方形贴片，边长分别为4.9mm、3.6mm，周期P＝5mm，材料及其厚度与天线介质基板材料相同。
第一人工磁导体单元7和第二人工磁导体单元8满足180°±30°的相位差，当平面波垂直入射时，根据相位干涉相消原理，反射波与入射波对消，实现降低天线的雷达散射截面的目的。
缺陷地外边界92和金属地板外边界之间的尺寸t＝16.5mm，方环形槽11的宽度W2＝9.2mm，未刻蚀金属矩形段13的宽度W1＝4mm，缺陷地外边界92与未刻蚀金属矩形段13外边沿的距离W3＝2mm。该优化尺寸可以获得最佳的交叉极化抑制，以改善天线辐射性能。
通过调整方环形槽和四个未刻蚀金属矩形段的尺寸，获得最佳的交叉极化抑制，以改善天线辐射性能。
实施例的S11参数仿真结果如图5所示，中心频率为10.1GHz，阻抗带宽为0.66GHz，可见人工磁导体表面和缺陷地结构的加载对天线的中心频率影响不大，但可进一步提高微带天线的阻抗带宽。天线方向图6显示，实施例在xoz面的主瓣增益明显提高，最大值为9.63dBi，yoz面的增益最大值由参考天线的30°转回到0°。天线的单站雷达散射截面在6GHz-20GHz范围内均有所降低，除了个别频点外，实施例的超过10dB雷达散射截面减缩带宽为7.65GHz(8.19GHz-15.84GHz)，在频率8.4GHz处，雷达散射截面最小值达到-32.35dBsm。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种低雷达散射截面微带天线，其特征在于，包括：介质基板(1)、介质基板(1)上表面中心位置印刷的辐射贴片(2)、分布在辐射贴片(2)周围的人工磁导体表面(3)、介质基板(1)下表面印刷的金属地板(4)、金属地板(4)中心位置刻蚀的缺陷地(9)，辐射贴片(2)通过同轴探针(10)与金属地板(4)相连，天线中心轴线位置设有馈电点(5)，所述人工磁导体表面(3)由第一人工磁导体单元阵列(71)和第二人工磁导体单元阵列(81)构成棋盘格结构，第一人工磁导体单元阵列(71)和第二人工磁导体单元阵列(81)覆盖的面积相同，第一人工磁导体单元(7)和第二人工磁导体单元(8)的周期相同，第一人工磁导体单元(7)和第一人工磁导体单元(8)满足180°±30°的相位差，所述缺陷地(9)包括金属地板刻蚀得到的方环形槽(11)，刻蚀后的金属地板中心留有一个方形金属块(12)，方形金属块(12)位于对称轴上的4个边长中点分别设有一个未刻蚀金属矩形段(13)。
2.根据权利要求1所述的低雷达散射截面微带天线，其特征在于：介质基板材料采用罗杰斯RT/duroid5880，介质基板的边长尺寸L＝60mm、厚度H＝1.575mm。
3.根据权利要求1所述的低雷达散射截面微带天线，其特征在于：辐射贴片(2)的边长W＝8.6mm。
4.根据权利要求1所述的低雷达散射截面微带天线，其特征在于：馈电点(5)与天线中心点距离cx＝1.7mm。
5.根据权利要求1所述的低雷达散射截面微带天线，其特征在于：所述人工磁导体表面(3)为3x3的阵列去掉中心阵列构成的棋盘格结构。
6.根据权利要求1所述的低雷达散射截面微带天线，其特征在于：第一人工磁导体单元阵列(71)和第二人工磁导体单元阵列(81)都为4x4的阵列。
7.根据权利要求1所述的低雷达散射截面微带天线，其特征在于：第一人工磁导体单元(7)和第二人工磁导体单元(8)都为方形贴片，边长分别为4.9mm、3.6mm，周期P＝5mm，材料及其厚度与天线介质基板材料相同。
8.根据权利要求1所述的低雷达散射截面微带天线，其特征在于：第一人工磁导体单元(7)和第二人工磁导体单元(8)满足180°±30°的相位差，当平面波垂直入射时，根据相位干涉相消原理，反射波与入射波对消，降低天线的雷达散射截面。
9.根据权利要求1所述的低雷达散射截面微带天线，其特征在于：缺陷地外边界(92)和金属地板外边界之间的尺寸t＝16.5mm，方环形槽(11)的宽度W2＝9.2mm，未刻蚀金属矩形段(13)的宽度W1＝4mm，缺陷地外边界(92)与未刻蚀金属矩形段(13)外边沿的距离W3＝2mm。
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