專(zhuān)利名稱(chēng)：基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料的高增益低雷達(dá)散射截面平板天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高增益、低RCS平板天線(xiàn)，特別涉及一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料的高增益低RCS平板天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
隨著飛行器雷達(dá)截面的不斷減小，機(jī)載天線(xiàn)系統(tǒng)對(duì)飛行系統(tǒng)的雷達(dá)散射截面的貢獻(xiàn)就變得日益突出起來(lái)，因此降低天線(xiàn)系統(tǒng)的RCS已經(jīng)成為目標(biāo)隱身系統(tǒng)中一個(gè)重要的因素。平板天線(xiàn)(例如微帶和F-P腔天線(xiàn))具有質(zhì)量輕、造價(jià)低、易于共型等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與飛行器件中。因此，降低平板天線(xiàn)的RCS和提高平板天線(xiàn)的增益引起了越來(lái)越科研人員的關(guān)注和研究。然而，傳統(tǒng)的雷達(dá)吸波材料和雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu)在降低RCS的同時(shí)也降低了天線(xiàn)的增益和指向性。近幾年，很多基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料降低天線(xiàn)的RCS技術(shù)被報(bào)道。Hong-Kyu Jang等科研人員利用新型電磁帶隙結(jié)構(gòu)作為雷達(dá)吸波材料實(shí)現(xiàn)了天線(xiàn)RCS的縮減(H.-K.Jang, et al.Design and fabrication of a microstrip patch antenna with alow radar cross section in the X_band[J]，Smart Mater.Struct.015007 (2011)),力口載電磁帶隙結(jié)構(gòu)材料后，微帶貼片的RCS在8.5GHz到12GHz的頻帶內(nèi)得到了很好的縮減，在IlGHz附近，天線(xiàn)的RCS縮減近20分貝。因?yàn)椴牧显?.2GHz附近表現(xiàn)出很好的反射性能，所以對(duì)天線(xiàn)的指向性和增益影響很小，但是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)RCS帶內(nèi)縮減。Simone Genovesi等研究人員基于人工結(jié)構(gòu)材料的頻率選擇表面實(shí)現(xiàn)了大角度RCS的縮減(S.Genovesi, etal.Low-Profile Array With Reduced Radar Cross Section by Using Hybrid FrequencySelective Surfaces[J]，IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL.60, N0.5，MAY2012)，但是使用人工結(jié)構(gòu)材料后，天線(xiàn)的指向性相對(duì)原天線(xiàn)降低了兩個(gè)分貝左右。在本專(zhuān)利中，使用人工電磁結(jié)構(gòu)材料加載在微帶貼片上；即可提高天線(xiàn)輻射增益，同時(shí)又可以降低天線(xiàn)的RCS。綜上所述，現(xiàn)有的降低天線(xiàn)RCS的設(shè)計(jì)方案中，在縮減RCS的同時(shí)對(duì)天線(xiàn)輻射性能也會(huì)有影響；而且很難實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)和帶外寬頻帶的RCS縮減。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有天線(xiàn)RCS縮減技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)縮減、縮減帶寬窄和對(duì)原天線(xiàn)增益的影響等困難；提出了一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料的高增益、低RCS平板天線(xiàn)，該設(shè)計(jì)方案不但可以提高原天線(xiàn)的增益，而且大幅度縮減的原天線(xiàn)帶內(nèi)和帶外的RCS。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料的高增益低雷達(dá)散射截面平板天線(xiàn)，包括正反兩面具有不同反射特性的周期性人工結(jié)構(gòu)材料，以及微帶貼片、金屬接地板和微帶貼片的介質(zhì)板；正反兩面具有不同反射特性的周期性人工結(jié)構(gòu)材料由介質(zhì)基板，以及介質(zhì)基板上方的吸收表面和介質(zhì)板下方的部分反射表面構(gòu)成；其中吸收表面由周期性的金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)，以及加載在方環(huán)四邊中心的集中電阻元件構(gòu)成；部分反射表面是由周期性的開(kāi)口縫隙金屬平面結(jié)構(gòu)組成；一方面，當(dāng)外來(lái)電磁波照射在吸收表面時(shí)，該材料可以將外來(lái)電磁波轉(zhuǎn)換成熱量損耗，從而降低了天線(xiàn)的RCS;另一方面，微帶貼片輻射波的電場(chǎng)極化方向平行X軸，部分反射面和微帶貼片的金屬接地板構(gòu)成一個(gè)F-P諧振腔，能夠大幅度提高天線(xiàn)的增益。其中，所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為，介質(zhì)基板的厚度Ii1的取值范圍是Aml/20 λ ml/5,金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)的周期P的取值范圍是λ ml/5 3* λ ml/5,金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)的寬帶W1的取值范圍是Xml/30 Xml/10，金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)的邊長(zhǎng)b的取值范圍是Xml/6 入ml/2，金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)的四邊中心開(kāi)口寬度g的取值范圍是Xml/60 Xml/10;其中Xml為
所述材料的吸波表面的吸收頻段中心頻率處對(duì)應(yīng)的等效波長(zhǎng)，
權(quán)利要求
1.一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料的高增益低雷達(dá)散射截面平板天線(xiàn)，其特征在于:包括正反兩面具有不同反射特性的周期性人工結(jié)構(gòu)材料(1)，以及微帶貼片(2)、金屬接地板(3)和微帶貼片的介質(zhì)板(4);正反兩面具有不同反射特性的周期性人工結(jié)構(gòu)材料(I)由介質(zhì)基板(6)，以及介質(zhì)基板上方的吸收表面(5)和介質(zhì)板下方的部分反射表面(7)構(gòu)成；其中吸收表面(5)由周期性的金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)(8)，以及加載在方環(huán)四邊中心的集中電阻元件(9)構(gòu)成；部分反射表面(7)是由周期性的開(kāi)口縫隙金屬平面結(jié)構(gòu)(10)組成；一方面，當(dāng)外來(lái)電磁波照射在吸收表面(5)時(shí)，該材料可以將外來(lái)電磁波轉(zhuǎn)換成熱量損耗，從而降低了天線(xiàn)的雷達(dá)散射截面(RCS);另一方面，微帶貼片(2)輻射波的電場(chǎng)極化方向平行X軸，部分反射面(7)和微帶貼片的金屬接地(3)板構(gòu)成一個(gè)F-P諧振腔，能夠大幅度提高天線(xiàn)的增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料的高增益低雷達(dá)散射截面平板天線(xiàn)，其特征在于:所述介質(zhì)基板(6)的介電常數(shù)為，介質(zhì)基板(6)的厚度Ii1的取值范圍是Aml/20 λ ml/5,金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)(8)的周期P的取值范圍是λ ml/5 3* λ ml/5,金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)(8)的寬帶W1的取值范圍是Aml/30 Aml/10，金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)(8)的邊長(zhǎng)b的取值范圍是Aml/6 λ ml/2，金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)(8)的四邊中心開(kāi)口寬度g的取值范圍是Xml/60 Xml/10 ；其中λπ1為所述材料的吸波表面(5)的吸收頻段中心頻率處對(duì)應(yīng)的等效波長(zhǎng)，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料的高增益低雷達(dá)散射截面平板天線(xiàn)，其特征在于:開(kāi)口縫隙金屬平面結(jié)構(gòu)(10)的縫隙寬帶為w2，W2的取值范圍為λ m2/30(T λ m2/50 ;開(kāi)口縫隙金屬平面結(jié)構(gòu)(10)的長(zhǎng)度I取值范圍為λ m2/6 3* λ m2/5 ;開(kāi)口縫隙金屬平面結(jié)構(gòu)(10)縫隙之間的間距d的取值范圍為入 12/15 2*入1112/5;微帶貼片(2)的長(zhǎng)和寬的取值范圍為λπ2/Γλπ2;微帶貼片的介質(zhì)板(4)的介電常數(shù)為~2，微帶貼片的介質(zhì)板(4)的厚度h2的取值范圍為Am2/3(TAm2/5 ;金屬接地(3)的厚度h3的取值范圍為λπ2/3(Γλπ2/4 ;其中λ m2為所述天線(xiàn)的工作頻率處所對(duì)應(yīng)的等效波長(zhǎng)
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于人工電磁結(jié)構(gòu)材料的高增益低雷達(dá)散射截面平板天線(xiàn)，該天線(xiàn)由微帶貼片和正反兩面具有不同反射特性的周期性人工結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成。該人工結(jié)構(gòu)材料由介質(zhì)基板，以及在基板正面制作的周期性金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)和反面制作的周期性開(kāi)口縫隙金屬平面結(jié)構(gòu)構(gòu)成。正面金屬方環(huán)結(jié)構(gòu)的四邊中心處加載了集中電阻元件。當(dāng)電磁波從人工結(jié)構(gòu)材料正面入射時(shí)，電磁波能量主要被吸收；當(dāng)電磁波從人工結(jié)構(gòu)材料反面入射時(shí)，電磁波能量主要被反射。將人工結(jié)構(gòu)材料放置在微帶貼片上方作為覆層，其反面作為部分反射表面和微帶貼片的金屬接地板構(gòu)成F-P諧振腔，提高天線(xiàn)的輻射增益；其正面可以吸收外來(lái)入射波，降低天線(xiàn)的雷達(dá)散射截面。
文檔編號(hào)H01Q19/00GK103078185SQ201310030029
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者黃成 , 羅先剛, 趙澤宇, 胡承剛, 潘文波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所