本發(fā)明屬于天線，具體涉及一種寬帶散射波束可重構的低rcs平面陣列天線。

背景技術：

1、天線在無線通信系統(tǒng)中主要功能是發(fā)射、接收電磁波信號，天線的性能會直接影響整個通信系統(tǒng)的質量，因此天線是無線通信系統(tǒng)中關鍵的組成部分之一。一方面，許多低可見平臺上的搭載的天線陣列是整個平臺的主要散射源之一；另一方面，對平臺的低散射需求越來越高，所以如何降低天線的散射成為亟需解決的課題。

2、天線是一種特殊的散射體，它的散射可分為兩部分：一部分是結構模式項散射場，這部分散射場僅與天線本身的物理結構相關，而與天線負載無關；另一部分是天線模式項散射場，這部分場是由負載阻抗與天線阻抗失配導致的二次輻射產(chǎn)生，因此它隨著天線負載阻抗變化而變化，這是天線作為散射體而特有的散射場。降低天線的散射關鍵在于降低雷達散射截面。雷達散射截面是表征目標對于入射雷達波散射強弱的物理量。

3、天線的雷達散射截面減縮方案按照減縮原理可分為如下幾種，第一種是利用吸波的原理，直接吸收電磁波降低雷達散射截面，但這種方法往往會惡化天線輻射性能。另一種是利用對消的原理將電磁波能量散射到非威脅角域，從而實現(xiàn)單站的雷達截面減縮，常見的具體措施包括加載極化旋轉表面，相位梯度表面等周期結構超表面，但這種方法通常需要加載大尺寸的超表面，這會增加天線的整體尺寸，不利于天線的小型化。

4、申請?zhí)枮?01911236876.5的專利申請文件中，公開了一種散射波束可重構的低rcs微帶陣列天線。通過改變微帶天線外圍矩形環(huán)中二極管的狀態(tài)調(diào)節(jié)散射相位，進而實現(xiàn)對散射波束的調(diào)控。在天線保持穩(wěn)定、良好的輻射性能的前提下，實現(xiàn)電磁波垂直入射與斜入射時的雷達截面減縮。

5、申請?zhí)枮?02311046038.8的專利申請文件中，公開了一種散射波束可重構的低rcs圓極化天線陣列，通過調(diào)節(jié)陣列單元中開關二極管的狀態(tài)實現(xiàn)散射特性的重構，從而實現(xiàn)散射波束的主動調(diào)節(jié)。

6、然而，上述專利的散射可調(diào)帶寬較為有限，且改變單元散射狀態(tài)時，單元的遠場輻射相位發(fā)生較大的變化，因此需要額外的相位補償維持穩(wěn)定的輻射波束，并且在每個天線單元中使用的二極管數(shù)量均較多，天線結構復雜，在加工制造以及大規(guī)模應用中會受到很大限制。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種寬帶散射波束可重構的低rcs平面陣列天線，首先通過極化隔離的方式使天線的輻射(y極化輻射波)與散射(針對x極化電磁波入射)獨立設計，其次通過不對稱的輻射陣子臂設計，同時改變單元中兩個開關二極管的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)寬帶的散射相位重構，并且利用緊耦合的設計實現(xiàn)了天線較寬的輻射特性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

3、一種寬帶散射波束可重構的低rcs平面陣列天線，所述天線陣列從上至下結構包括：金屬輻射陣子結構1、介質基板2、偏置線結構及矩形金屬地板3、排針4、開槽的金屬鋁板及饋電結構5；所述排針4貫穿于介質基板2；所述天線陣列由n×n個天線單元組成，其中，n≥2，n為正整數(shù)；

4、金屬輻射陣子結構1實現(xiàn)天線單元對反射電磁波的相位調(diào)控，調(diào)控散射電磁波的波束方向。

5、所述金屬輻射陣子結構1包括一對非對稱陣子臂，分為左臂和右臂；

6、其中左臂包括2個對稱設計的金屬貼片一1.1以及1個金屬貼片二1.2，金屬貼片二1.2位于2個金屬貼片一1.1之間，與2個金屬貼片一1.1之間分別通過1個開關二極管1.3連接，所述開關二極管1.3沿y軸鏡像放置。

7、所述金屬貼片一1.1內(nèi)蝕刻方形縫隙環(huán)，使用4.7nh電感1.4將方形縫隙環(huán)內(nèi)貼片與方環(huán)外貼片連接。

8、所述右臂為1個金屬貼片二1.2，其與左臂的金屬貼片二1.2沿著x軸鏡像對稱；2個所述金屬貼片一1.1中部各有一個金屬圓盤，均位于方形縫隙環(huán)的中心位置，2個所述金屬貼片一1.1沿y軸對稱放置，左臂的金屬貼片二1.2幾何中心位于兩個金屬貼片一1.1構成的間隙中心；

9、所述金屬貼片一1.1為梯形貼片，金屬貼片二1.2為多邊形貼片，兩個所述梯形貼片的底邊相對設置，所述多邊形貼片與梯形貼片1.1相對處的底邊等長，所述金屬貼片二1.2的斜邊與金屬貼片一1.1的腰在同一斜線上。

10、所述金屬輻射陣子結構1與介質基板2之間安裝金屬柱，金屬柱包括金屬柱一2.1、金屬柱二2.2和金屬柱三2.3；

11、其中，一對金屬柱一2.1貫穿于介質基板2，一端連接方形縫隙環(huán)內(nèi)部貼片，即連接金屬貼片一1.1的幾何中心，另一端連接介質板2底部的直流偏置線，即偏置線結構及矩形金屬地板3的金屬圓片圓心位置；

12、一對金屬柱二2.2分別位于金屬輻射陣子1左臂、右臂上多邊形貼片結構相對的邊緣的中心位置，垂直連接偏置線結構及矩形金屬地板3；

13、金屬柱三2.3位于金屬輻射陣子1右臂的幾何中心偏下位置，連接矩形金屬地板3。金屬貼片一1.1金屬貼片二1.2所述偏置線結構及矩形金屬地板3均位于介質基板2底部，包括設置在左側的偏置線結構和右側的矩形金屬地板；

14、所述偏置線結構包括h形偏置線結構3.1以及兩個4.3nh的電感3.2；

15、所述的h形偏置線結構3.1在兩端印刷了圓形的金屬片結構，其圓心位置與金屬柱一2.1圓心位置重合；所述的兩個電感3.2沿y軸對稱放置，位于h形偏置線結構3.1幾何中心與圓形金屬片圓心的中點位置；

16、其中，h形偏置線結構3.1的右側偏置線沿x軸延長至天線單元底部；

17、所述的矩形金屬地板3.3表面設置有圓環(huán)3.4；圓環(huán)3.4的圓心位置與左臂上的金屬柱二2.2圓心位置重合。

18、所述直流偏置線3.1右側延長線的沿x軸的底部位置連接v1，矩形金屬地板3.3的沿x軸的底部位置連接v2；

19、v1和v2為直流電壓。

20、所述開槽的金屬鋁板及饋電結構5包括開槽鋁板5.1，開槽鋁板5.1位于介質基板2的正下方，開槽鋁板5.1的槽沿著x方向，開槽深度h2＝1mm，開槽位置與完整鋁板結構減去矩形金屬地板3.4在z軸上的投影重合，饋電結構5.2為smp射頻連接器，安裝在開槽鋁板5.1幾何中心位置。

21、所述天線單元周期為p＝13mm，陣列尺寸為138mm×103mm×6mm，排針4規(guī)格為2×8，為一種雙行排針，每行有八個針腳，數(shù)量為n×n/16。

22、n×n個天線單元由印刷電路板制造工藝打印到介質基板2表面。

23、所述排針4沿陣列天線y軸的兩側邊緣的位置均勻安裝，每側的數(shù)量為n×n/32。

24、一種寬帶的散射波束可重構的低rcs陣列天線的調(diào)控方法，寬帶散射波束可重構的天線陣列共有兩個調(diào)控狀態(tài)，命名為狀態(tài)1、狀態(tài)2，兩個狀態(tài)間的反射相位差為180°，而兩個狀態(tài)的阻抗匹配、增益以及輻射方向圖基本一致；

25、兩個狀態(tài)的具體實現(xiàn)方法包括以下步驟；

26、當偏置電壓v1不接直流電壓源，v2接地時，天線單元處于狀態(tài)1；

27、當偏置電壓v1接5.0v直流電壓源，v2接地時，天線單元處于狀態(tài)2，通過改變陣列中單元的狀態(tài)，改變陣面表面的散射場相位，從而實現(xiàn)散射波束的主動調(diào)控，同時天線陣列保證穩(wěn)定的輻射能力。

28、本發(fā)明的有益效果：

29、1、本發(fā)明中采用的非對稱輻射陣子臂由金屬陣子和安裝在左側陣子臂上的開關二極管、電感組成；通過在單層介質基板上印制非對稱的輻射單元并加載開關二極管和電感，對天線單元上的開關二極管通斷狀態(tài)進行主動調(diào)控，實現(xiàn)天線單元在6.6-13.9ghz(71.2％)寬帶內(nèi)對反射電磁波的相位調(diào)控，調(diào)控散射電磁波的波束方向。并且天線的輻射帶寬覆蓋8-12ghz(40％),具備±45°輻射波束掃描能力。對于電磁波垂直入射的情況，調(diào)整陣列單元狀態(tài)，能實現(xiàn)寬帶內(nèi)單站雷達截面減縮；對于斜入射情況，選取天線寬帶的工作頻帶內(nèi)任意頻點均可以做針對性的斜入射時單站雷達截面峰值減縮，克服了現(xiàn)有技術中較窄的散射調(diào)控帶寬的技術問題，當電磁波垂直入射、10°斜入射時的，天線雷達散射截面減縮峰值分別達到30dbsm、24dbsm以上的減縮。

30、2、本發(fā)明中采用的非對稱輻射陣子臂由金屬陣子和安裝在左側陣子臂上的開關二極管、電感組成；在對天線單元上的開關二極管通斷狀態(tài)進行調(diào)控時，天線單元遠場輻射相位、輻射增益基本保持不變，輻射性能保持穩(wěn)定，天線陣列可以在不改變輻射特性的前提下實現(xiàn)散射波束的重構，并且將天線的輻射與散射設計統(tǒng)計極化正交的方式隔離，因此不需要額外的相位補償就能實現(xiàn)獨立的輻射波束、散射波束主動調(diào)控。此外整個天線集成在單層介質基板中，每個單元中僅使用2只開關二極管，克服現(xiàn)有技術中散射可調(diào)天線結構較為復雜，不易于加工的問題。