[发明专利]一种基于超材料吸波单元的低RCS微带天线

说明书

一种基于超材料吸波单元的低RCS微带天线，涉及微带天线技术领域，包括介质基板，以及设置在介质基板下端面的金属底板，上端面的天线辐射金属贴片和吸波单元金属贴片阵列，所述天线辐射金属贴片位于吸波单元金属贴片阵列的中心并与吸波单元金属贴片阵列在同一平面；所述吸波单元金属贴片阵列由多个吸波单元阵列排布构成，所述吸波单元包括矩形环状回路，所述矩形环状回路的四面设有开口谐振方环，所述矩形环状回路的四条边和开口谐振方环上均设有电阻。本发明采用的单层电阻式结构，具有结构简单、成本低的特点；采用的超材料吸波单元是布局在天线基板上的，并不是形成天线罩放置在天线上方，不会增加天线的剖面高度。

技术领域

本发明涉及微带天线技术领域，特别是一种基于超材料吸波单元的低RCS微带天线。

背景技术

真实武器平台执行战斗任务依赖于其上搭载的各种天线(通信导航、电子支援、敌我识别等)，然而机载天线具有较大的RCS，单个天线的RCS就可以与整个隐身飞机RCS相当。如果在隐身飞机上继续采用传统天线，势必会影响飞机的隐身特性。而且天线的性能严重依赖于其外形结构，所以在保证天线能够正常工作的前提下，外形隐身技术不能直接应用在天线的隐身设计上，而涂覆吸波材料更是会对天线性能带来巨大的影响。因此，天线隐身技术是一门需要单独研究的内容，常规的飞行器隐身技术并不一定适用于天线隐身。所以天线隐身一直是飞行器隐身技术中最核心，最艰难的一部分，也一直是隐身技术的攻关重点。

超材料是一种天然材料所不具备的超常物理性质的人工电磁材料，目前超材料被广泛应用于雷达散射截面的缩减。目前超材料实现RCS减缩主要有以下类型：(1)雷达吸波材料：吸收和消耗电磁波能量的原理进行RCS减缩；(2)极化旋转表面：通过设计极化旋转单元结构实现对电磁波极化方式的调控，再通过将各单元结构按照特定的排布方式进行组合以达到电磁波无源相消的效果，最终实现了目标的RCS减缩。(3)人工磁导体原理具体表现为:人工磁导单元与理想电按照棋盘式排布时，经过人工磁导单元的电磁波可以产生与入射波同相的反射波；(4)频率选择表面：带通型频率选择表面放置于天线上方用作天线罩，在其工作频带内表现为对电磁波的传输特性，可以将其放置于电磁波可以顺利透过天线罩，在其工作频带外的电磁波将会被天线罩反射到其他角域，以达到减缩天线RCS的效果。

但在基于超材料减缩天线RCS的设计时，仍存在一些相关的问题。比如在天线介质板上添加超材料覆层可能会导致天线剖面的增高；受超材料工作带宽的限制，天线宽带内的RCS减缩效果可能不理想。另外，在天线的隐身设计中，通常超材料的添加会对天线本身的辐射特性产生负面的影响，例如工作频点的偏移、工作带宽的缩减以及天线增益的降低等。如2019年国防科技大学提出的基于超材料吸波单元的低RCS微带天线(IEEE Antennasand Wireless Propagation Letters，2019,18(6):1223-1227)，该吸波单元对天线工作频率偏移量影响高于50MHz，对天线增益影响量为0.7dB。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于超材料吸波单元的低RCS微带天线，在保证天线辐射特性的同时实现低RCS天线设计，解决了超材料覆层导致天线剖面的增高、天线辐射特性恶化的问题。

本发明采用下述的技术方案：

一种基于超材料吸波单元的低RCS微带天线，包括介质基板(3)，所述介质基板下端面设有金属底板，上端面设有天线辐射金属贴片和吸波单元金属贴片阵列，所述天线辐射金属贴片位于吸波单元金属贴片阵列的中心并与吸波单元金属贴片阵列在同一平面；

所述吸波单元金属贴片阵列由多个吸波单元阵列排布构成，所述吸波单元包括矩形环状回路，所述矩形环状回路的四面设有开口谐振方环，所述矩形环状回路的四条边和开口谐振方环上均设有电阻。

优选的，所述矩形环状回路的四条边的中心位置设有第一开口，开口谐振方环靠近矩形环状回路的边上上设有第二开口；

所述第一开口和第二开口用于安装电阻。