[发明专利]一种具有超低后向散射特性的稀布相控阵天线

说明书

本发明公开了一种具有超低后向散射特性的稀布相控阵天线，属于天线工程技术领域与雷达隐身技术领域。本发明结合有源对消技术与相控阵天线稀布技术，利用无源单元散射场，使其与有源单元散射场在来波方向抵消，产生散射缩减；基于相控阵天线散射机理选取适量的无源单元数量并通过改变其短路面的位置优化散射场相位，实现超低带内RCS；另一方面，采用粒子群优化算法优化阵列布局，得到无源单元的位置，实现低副瓣。本发明所采用的天线单元结构简单、易于加工装配，在不恶化有源天线单元驻波与辐射效率的前提下，实现了低副瓣宽角宽带扫描与超低带内RCS，且由于有源单元数量的减少也降低了阵列成本。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域与雷达隐身技术领域，涉及一种结构简单、具有超低带内后向散射特性和低副瓣宽角宽带扫描能力的稀布相控阵天线。

背景技术

相控阵天线具有高增益、快速波束扫描能力，因此广泛应用于军民用雷达。然而，在某些应用中，为了降低电磁干扰，或提高隐身性能、减小被探测的风险，RCS(雷达散射截面)缩减至关重要。但是，相控阵天线在具备优异辐射特性的同时，也产生强烈的散射峰值，尤其是在带内，高增益往往伴随高散射，而降低散射也意味着辐射损耗，因此如何保证高辐射效率的前提下实现相控阵天线的带内RCS缩减至关重要。

当前主流的相控阵天线带内RCS缩减方法有以下几种：第一，优化天线驻波；如文献“Anultra-wideband tightly coupled dipole array co-designed with lowscattering characteristics”中通过加载宽角匹配层，在优化天线阻抗匹配的同时降低天线模式项散射场。第二，改变天线负载；如文献“RCS synthesis of array antenna withcirculators and phase shifters and measurement method for deterministic RCSreduction”中，采用移相器、环形器串联负载，改变反射波相位，从而优化模式项散射场，降低总散射场。第三，相位对消技术；如文献“Low scattering patch array antenna basedon grooved ground”中，将微带天线装配于不同高度的地面上，产生不同的散射相位，从而在受威胁的方向上产生散射零点，实现对消。

方法一并不能总是保证总散射场的缩减，因为总散射场是天线模式项和结构项散射场的矢量合成，最低驻波并不意味着最低散射；方法二在改变负载的同时往往伴随辐射效率或回波效率的降低，因为负载会吸收能量或恶化驻波；方法三并不会恶化相控阵天线的辐射特性，但文献中共形的方法加工装配难度高，而常用的超材料并不能装载到结构紧凑的相控阵天线中，只能设置于天线上、下层，实现带外RCS缩减。

相控阵天线的稀布技术(Array Thinning Technique)是一种将相控阵天线满阵中部分单元选出作为无源单元，不进行馈电，从而降低天线成本，并通过优化无源单元位置实现低副瓣辐射特性的技术。本发明结合有源对消技术与稀布技术大幅度的缩减相控阵天线RCS，与文献中的几种方法相比，本方法并不会恶化有源单元驻波，增大回波损耗，也不引入额外的负载损耗，天线结构简单、易于加工装配，所实现的RCS缩减量远高于已有方法(6dB以上)，并且得益于稀布技术，降低了天线副瓣以及成本，虽然增益相比于满阵降低了约1dB，但这是所有稀布阵为实现低副瓣所需付出的代价。

发明内容

本发明在背景技术的基础上，提出一种结构简单的X波段10×10平面稀布阵。阵元在7.3～10.1GHz(32.2％)带宽、±45°角度范围内扫描，反射系数普遍低于-7.5dB；在100个相控阵单元中选取20个单元作为无源单元，并在适当的位置短接，实现超低后向散射，相比于同尺寸地面缩减量在21dB以上，相比于满阵缩减量在9.1dB以上；同时其副瓣电平比满阵低6dB以上，成本降低约20％。

本发明采用的技术方案为：一种具有超低后向散射特性的稀布相控阵天线，该天线由若干单元天线阵列构成，所述单元天线从上到下依次包括：宽角匹配层、辐射贴片层、金属地板、探针；