[发明专利]低雷达散射截面的宽带仿生八木天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是一种仿生天线，可用于隐身和宽频带的端射接收和发射。

背景技术

雷达散射截面RCS是雷达探测技术、隐身和反隐身技术中表征目标可识别特性的一个最基本的参数，是目标在平面波照射下在给定方向上返回功率的一种量度。雷达散射截面减缩就是控制和降低军用目标的雷达散射截面，降低敌方电子探测系统和武器平台战斗效力，从而提高军用目标的突防能力和生存能力。如何减缩目标的雷达散射截面，减缩效果如何，对当前面临的复杂电磁环境下战争的胜败意义重大。对于低可见平台，对其总雷达散射截面贡献较大的是平台上的天线。减缩天线单元的雷达散射截面对于减缩大型阵列天线的雷达散射截面尤为重要。但是由于天线系统自身工作特点，它必须保证自身雷达波的正常接收和发射，因此常规的隐身措施不可以简单地应用在天线隐身中，这就使天线系统隐身成为隐身技术中难以解决的问题。目前国内外还没有找到一种完全理想的途径，既可显著降低天线的雷达散射截面又不影响天线对电磁波的发射和接收，这就使得发明同时满足辐射特性、散射特性要求的天线更加重要。

天线是一类特殊的散射体，它的散射通常包括两部分：一部分是与散射天线负载情况无关的结构模式项散射场，它是天线接匹配负载时的散射场，其散射机理与普通散射体相同；另一部分则是随天线的负载情况变化的天线模式项散射场，它是由于负载与天线不匹配而反射的功率经天线再辐射而产生的散射场，这是天线作为一个加载散射体而特有的散射场。在此理论基础上，有一种分析天线散射的模型，利用天线馈电端口的开、短路两种状态下天线的散射场确定天线的结构模式项散射场和天线模式项散射场，解决了两者之间相位关系难以确定的问题。任意负载状态下天线的散射场可以由天线在前面两种状态下得到的散射场计算得到。利用该模型即可求解各种天线的雷达散射截面特性。

在雷达探测系统中，要求接收与发射信号的天线阵列具备良好的空气动力学特性的同时，还要更好的与载体共形。端射天线以其独特的方向图特性解决了雷达“盲区”问题。八木天线是一种典型的端射天线。图1给出了一种传统的印刷式八木天线，双层介质材料板最顶层印制有三个宽度均为4.4毫米长度递减的引向器，宽度为4.4毫米长度为10.5毫米的两个辐射单元分别印制在双层介质材料板的最顶层和最底层，矩形反射器印制在双层介质材料板的中间层。该天线虽具有良好的工作频带，但是辐射单元、引向器和反射器使其雷达散射截面增高，不利于天线的隐身。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有天线的缺点，提出一种低雷达散射截面的宽带仿生八木天线，以易于天线的隐身和与载体的共形。

本发明的目的是这样实现的：

1.技术原理

仿生学是研究生物体结构和性质，并为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。生物体的结构是经过长期的自然选择和进化而形成的，不适应环境的生物体将被淘汰。仿生学的任务就是要研究生物体的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。

叶片是植物光合作用的重要器官，通过特定的叶片形状与叶序结构植物可以更好地与空间进行物质和能量的交换。因而在一定意义上植物叶片的功能与天线的功能是相似的。所以本发明的技术思路是将对生叶序植物的叶片结构应用到天线的设计中，以改善天线的性能。

业内周知，八木天线的辐射单元形状、引向器形状和反射器形状决定该天线的性能。根据仿生学原理，本发明的引向器仿生羽毛状叶片结构，辐射单元采用椭圆形贴片，反射器采用具有齿状结构的矩形贴片，这些有利于降低天线的雷达散射截面和展宽天线的工作频带。

2.天线结构

本发明的低雷达截面宽带仿生八木天线包括：两个辐射单元3、三个引向器2、反射器5、平行带线4和同轴转换接头6，天线的两个辐射单元3分别印制在双层介质材料板1的最顶层和最底层，两个辐射单元3通过平行带线4连接在同轴转换接头6上；三个引向器2印制在双层介质材料板1的最顶层，且其尺寸依次递减；反射器5印制在第一层介质材料板的底层，即双层介质材料板1的中间层，其特征在于两个辐射单元3采用一对椭圆形贴片；三个引向器2仿生三对羽毛状叶片结构；反射器5采用等间距分布的齿状矩形贴片。

作为优选，所述的宽带仿生八木天线，其特征在于三对羽毛状叶片结构的三个引向器2，大小依次递减，且距离两个辐射单元3最近的引向器尺寸最大。