本發(fā)明屬于天線，具體涉及一種基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線。

背景技術(shù)：

1、天線是雷達(dá)、通信、導(dǎo)航等電子系統(tǒng)收、發(fā)電磁波的重要組成部分，其性能直接影響到軍事電子系統(tǒng)的效能和作戰(zhàn)能力。在不影響天線性能的前提下，盡可能減小其雷達(dá)散射截面對提升作戰(zhàn)系統(tǒng)的生存能力和突防能力至關(guān)重要。受天線性能影響，一般軍用天線的外形設(shè)計(jì)自由度較低，不易通過優(yōu)化外形減小雷達(dá)回波；由于損耗部件的引入，吸波材料的加載勢必會(huì)影響天線輻射/接收電磁波的能力；而加載隱身天線罩無法實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)rcs減縮，無法在天線工作頻段實(shí)現(xiàn)雷達(dá)隱身。因此，平衡天線工作頻帶內(nèi)的輻射和散射特性是低rcs天線設(shè)計(jì)的重中之重。除此之外，由于軍事裝備空間的限制和較高的隱身需求，低剖面設(shè)計(jì)和縮減量的提升對低rcs天線而言也至關(guān)重要。

2、1956年，美國科學(xué)家g.v.trentini創(chuàng)新性地將fabry-perot諧振腔理論首次拓展到天線領(lǐng)域，以波導(dǎo)喇叭作為饋源，在波導(dǎo)喇叭口上方放置一層由金屬網(wǎng)柵構(gòu)成的部分反射表面，使之與天線地板形成f-p諧振腔，電磁波在其中經(jīng)多次反射后顯著提升了主輻射方向上增益。

3、由于f-p天線易集成和小型化以及饋電方式多樣等特點(diǎn)，目前已有眾多對低rcsf-p諧振腔天線的研究。2017年，lei?zhang等人提出了一款基于漫散射結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振天線，該工作設(shè)計(jì)了四種反射相位共覆蓋270°的部分反射單元，通過一定的排布實(shí)現(xiàn)漫反射，實(shí)現(xiàn)了天線的雙站rcs減縮。但是散射單元的反射相位隨頻率變化較大，其rcs縮減帶寬較窄，僅為40％。2021年，weiliang?yu等人提出了一種加載集總電阻的低rcs?f-p諧振天線，通過在饋源天線上方加載一吸波/傳輸頻率選擇表面，實(shí)現(xiàn)帶外rcs減縮。但是由于帶內(nèi)prs的反射幅度較低，該天線的峰值增益僅為11.77dbi。2022年，you-feng?cheng等人提出了一種基于空間波程差的低rcs?f-p諧振天線，通過縮減一半面積的prs構(gòu)造空間波程差，使分別經(jīng)諧振腔下反射面和prs直接反射的電磁波相位差約為180°，實(shí)現(xiàn)相位抵消，降低了f-p天線的rcs。但是由于prs面積的縮減，饋源輻射電磁波不能有效反射，該天線峰值增益也較低，且由于在天線剖面確定的情況下，空間波程差受頻率影響較大，該天線rcs縮減峰值較低為20db。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、一種基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線包括：位于上部的吸收型部分反射表面結(jié)構(gòu)1)和位于下部的饋源天線結(jié)構(gòu)2)；

3、其中，所述吸收型部分反射表面結(jié)構(gòu)1包括有耗超表面層11、金屬貼片共地層12、金屬貼片amc1層13、第一介質(zhì)基板層14和第二介質(zhì)基板層15；所述第一介質(zhì)基板層14設(shè)置在所述有耗超表面層11與所述金屬貼片共地層12之間，所述第二介質(zhì)基板層15設(shè)置在所述金屬貼片共地層12與所述金屬貼片amc1層13之間；

4、所述饋源天線結(jié)構(gòu)2包括天線貼片層21、金屬地板層22、同軸結(jié)構(gòu)23和第三介質(zhì)基板層24，所述天線貼片層21與所述金屬地板層22均設(shè)置在所述第三介質(zhì)基板層24之上，且相對設(shè)置；所述同軸結(jié)構(gòu)23連接在所述天線貼片層21與所述金屬地板層22之間。

5、有益效果：

6、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

7、1、本發(fā)明采用f-p諧振腔天線形式，下部的饋源天線結(jié)構(gòu)作為諧振腔的饋源和下反射面，上層吸收型prs層作為諧振腔的上反射面，其表面的石墨烯周期阻性貼片實(shí)現(xiàn)天線低rcs，prs層和饋源天線周圍鋪設(shè)的amc貼片結(jié)構(gòu)用以構(gòu)建f-p天線中上、下反射面的相位以實(shí)現(xiàn)天線低剖面設(shè)計(jì)。

8、2、本發(fā)明采用的微帶天線簡化了饋源天線設(shè)計(jì)，利用吸波率定性分析吸收型prs層對天線輻射性能，包括方向性、輻射效率和增益的影響，簡化了整體f-p天線設(shè)計(jì)，通過合理調(diào)整prs單元兩端口的吸波、反射性能簡化了prs結(jié)構(gòu)在f-p天線設(shè)計(jì)中rcs縮減和高增益的同步實(shí)現(xiàn)，所提出的天線可在6-30ghz內(nèi)實(shí)現(xiàn)rcs縮減，相對帶寬達(dá)133％。

9、3、本發(fā)明對prs單元進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，采用頻率偏移使得prs的諧振頻率稍高于天線工作頻率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了prs層對底部輻射天線的低吸收、強(qiáng)反射，提升了整體f-p天線結(jié)構(gòu)的輻射效率、高方向性和高增益，天線峰值增益可達(dá)15dbi。

10、以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，包括：位于上部的吸收型部分反射表面結(jié)構(gòu)(1)和位于下部的饋源天線結(jié)構(gòu)(2)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，所述有耗超表面層(11)、金屬貼片共地層(12)、金屬貼片amc1層(13)由具有相同周期的多個(gè)單元構(gòu)成，且每個(gè)單元的周期尺寸取值范圍為0.245λt≤p1≤0.256λt，λt＝c/ft，其中，λt是天線工作中心頻率ft對應(yīng)的波長，c為真空中的光速，ft是天線工作中心頻率。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，所述有耗超表面層(11)的每個(gè)單元由一塊方形薄膜電阻(111)構(gòu)成；所述金屬貼片共地層(12)的每個(gè)單元由一塊第一方形金屬貼片(121)構(gòu)成；所述金屬貼片amc1層(13)的每個(gè)單元由一塊第二方形金屬貼片(131)構(gòu)成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，所述方形薄膜電阻(111)是石墨烯電阻膜，其方阻取值范圍為30ohm/sq～100ohm/sq，其邊長a1的取值范圍為0.147λt≤a1≤0.168λt。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，所述第一方形金屬貼片(121)的邊長a2取值范圍為0.241λt≤a2≤0.253λt。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，所述第二方形金屬貼片(131)的邊長a3取值范圍為0.140λt≤a3≤0.182λt。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于：所述天線貼片層(21)由矩形的金屬輻射貼片(211)和其周圍鋪設(shè)的金屬貼片amc2結(jié)構(gòu)(212)構(gòu)成；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，所述金屬地板層(22)的邊長p的取值范圍為2.450λt≤p≤2.842λt。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，所述同軸結(jié)構(gòu)(23)的饋電中心位于所述金屬輻射貼片(211)的幾何中心沿y軸偏移y1處，偏移距離y1的取值范圍為0.046λt≤y1≤0.067λt；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有耗超表面和amc結(jié)構(gòu)的低rcs?f-p諧振腔天線，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于有耗超表面和AMC結(jié)構(gòu)的低RCS?F?P諧振腔天線，包括：位于上部的吸收型部分反射表面結(jié)構(gòu)和位于下部的饋源天線結(jié)構(gòu)；吸收型部分反射表面結(jié)構(gòu)包括有耗超表面層、金屬貼片共地層和金屬貼片AMC1層，三者之間用第一和第二介質(zhì)基板層間隔開；饋源天線結(jié)構(gòu)包括天線貼片層、金屬地板層、同軸結(jié)構(gòu)和第三介質(zhì)基板層，天線貼片層與金屬地板層相對設(shè)置在第三介質(zhì)基板層之上，同軸結(jié)構(gòu)連接在天線貼片層與金屬地板層之間。本發(fā)明采用對PRS結(jié)構(gòu)單元兩端口的吸波及反射性能進(jìn)行分析的方法，簡化了低RCS、高方向性以及高增益F?P天線一體化設(shè)計(jì)的過程，同時(shí)有效降低了天線整體剖面，更容易與其他射頻器件集成使用。

技術(shù)研發(fā)人員：吳邊,劉冉,張玎,趙雨桐,翟會(huì)清,蘇濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30