基于極化轉(zhuǎn)換的低雷達截面微帶貼片天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低雷達截面的微帶貼片天線，特別涉及一種通過應(yīng)用極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)降低雷達截面的微帶貼片天線，在保證天線輻射性能的前提下，具有良好的散射特性。適用于對輻射特性和散射特性均有要求的雷達系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種通信系統(tǒng)中，天線是雷達系統(tǒng)中的重要組成部分，其雷達截面是飛行器整體雷達截面的主要貢獻源。由于天線作為通信設(shè)備，首先需要保證自身電磁波的正常接收和發(fā)射，因此常規(guī)的減縮雷達截面的技術(shù)并不適合天線雷達截面縮減。有效的減縮天線的雷達截面，并且保證天線本身的輻射特性不受到明顯的影響，是天線雷達截面減縮領(lǐng)域中最大的難題。天線的散射通常包括兩部分:一部分是天線接匹配負載時的散射場，是與天線負載情況無關(guān)的結(jié)構(gòu)項散射場，其散射機理可用普通散射體的散射機理來解釋；另一部分則是天線接任意負載情況下的雷達截面，由于負載與天線不匹配，電磁波經(jīng)過天線的反射，進行二次輻射而產(chǎn)生的散射場，因為它與天線負載情況的變化有關(guān)，因此叫做天線模式項散射場，作為一個加載散射體，這是天線特有的散射。面對極化相同，并處在天線工作頻帶內(nèi)的電磁波，要實現(xiàn)低雷達截面特性，是一件極其困難的任務(wù)。目前，國內(nèi)外學(xué)者均沒有找到完全理想的技術(shù)手段，可以使天線同時實現(xiàn)良好的輻射和散射特性。所以，如何在保證天線輻射特性不受影響的前提下，設(shè)計具有低雷達截面的天線，有重要意義。
[0003]在天線系統(tǒng)中降低雷達截面主要通過以下三種方式實現(xiàn):
[0004](I)時域雷達截面控制。當(dāng)通信系統(tǒng)需要工作時，讓天線處于正常工作狀態(tài)，而在通信系統(tǒng)不工作時，則設(shè)法將天線隱藏起來，從而實現(xiàn)分時制的低雷達截面特性，但是，在通信系統(tǒng)工作時就完全失去了低雷達截面特性。
[0005](2)空域雷達截面控制。如果天線屬于斜射式行波天線，則可將天線傾斜放置，從而使結(jié)構(gòu)模式項散射的最大值移出雷達威脅區(qū)域，與此同時，通過幅相控制，仍然可以使其最大輻射方向保持在所需方向，此外，對天線陣列進行良好的阻抗匹配，來降低天線模式項散射，最終實現(xiàn)低雷達截面特性。但是，除了雷達威脅區(qū)域以外，無法保持低雷達截面特性。
[0006](3)頻域雷達截面控制。通過涂抹雷達吸波材料、適當(dāng)改變天線的外形、采用無源對消技術(shù)或有源對消技術(shù)，均可以有效的實現(xiàn)良好的散射特性，其中前兩種是最為有效和最常用的。
[0007]現(xiàn)有的微帶貼片天線是在介質(zhì)基片上下兩側(cè)分別印制導(dǎo)體薄片和金屬地板而形成的。與其他天線相比，具有重量輕、剖面薄和易于加工等特點。圖1給出了一種現(xiàn)有的微帶貼片天線，包括福射單元1、介質(zhì)板2、金屬地板2和同軸接頭4 ;在介質(zhì)板I的上下表面上分別印制有福射單元2和金屬地板3，同軸接頭內(nèi)芯穿過介質(zhì)板與福射單元連接，同軸接頭外芯則與金屬地板3連接，輻射單元2采用邊長為15.6mm的正方形金屬貼片，地板采用邊長為80mm的正方形金屬貼片。通過合理的優(yōu)化設(shè)計，這種天線可以實現(xiàn)良好的輻射特性，但是因為該微帶貼片天線的金屬地板的尺寸大于輻射單元，存在雷達截面高，散射特性差的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對上述已有微帶貼片天線存在的缺陷，提出了一種基于極化轉(zhuǎn)換的低雷達截面微帶貼片天線，用于減小微帶貼片天線的雷達截面，提高其散射性能。
[0009]為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明包括輻射單元1、介質(zhì)板2、金屬地板3和同軸接頭4 ；所述介質(zhì)板2的上下表面上分別印制有輻射單元I和金屬地板3，其特征在于:在介質(zhì)板2的上表面還印制有極化轉(zhuǎn)換表面5，該極化轉(zhuǎn)換表面5是由四個極化轉(zhuǎn)換單元組51組成，這些極化轉(zhuǎn)換單元組分布在輻射單元I的四周，中間形成邊長為M的正方形區(qū)域6，M的取值范圍為19-23_ ;每個極化轉(zhuǎn)換單元組51包含若干個極化轉(zhuǎn)換單元511，極化轉(zhuǎn)換單元511是由一條經(jīng)過若干次彎折的線段構(gòu)成的外圍輪廓呈正方形的對稱結(jié)構(gòu)，在對稱軸上留有正方形缺口 512，且每個極化轉(zhuǎn)換單元組51中的極化轉(zhuǎn)換單元511的正方形缺口 512指向相同。
[0010]上述基于極化轉(zhuǎn)換的低雷達截面微帶貼片天線，其特征在于極化轉(zhuǎn)換單元組51是由η個極化轉(zhuǎn)換單元511在X方向和Y方向等周期排布構(gòu)成，η多8，在靠近輻射單元I的頂點處缺省一個極化轉(zhuǎn)換單元511，用于形成極化轉(zhuǎn)換表面5中間的正方形區(qū)域6 ;相鄰極化轉(zhuǎn)換單元組51中的極化轉(zhuǎn)換單元511正方形缺口 512的指向相差90°。
[0011]上述基于極化轉(zhuǎn)換的低雷達截面微帶貼片天線，其特征在于極化轉(zhuǎn)換單元511具有四個諧振頻率，其最低諧振頻率與現(xiàn)有微帶貼片天線的工作頻率相同。
[0012]上述基于極化轉(zhuǎn)換的低雷達截面微帶貼片天線，其特征在于極化轉(zhuǎn)換單元511的外圍輪廓正方形邊長尺寸SI為9mm，正方形缺口 512邊長尺寸S2為3mm，彎折線段的線寬尺寸S3的取值范圍為0.9-1.1mm0
[0013]上述基于極化轉(zhuǎn)換的低雷達截面微帶貼片天線，其特征在于輻射單元I的形狀為正方形，邊長為15.6mm。
[0014]上述基于極化轉(zhuǎn)換的低雷達截面微帶貼片天線，其特征在于同軸接頭4的外芯42與金屬地板3連接，內(nèi)芯41穿過介質(zhì)板2與福射單元I連接，形成底部饋電結(jié)構(gòu)。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
[0016]I)本發(fā)明由于采用了由四個極化轉(zhuǎn)換單元組構(gòu)成的極化轉(zhuǎn)換表面，相鄰極化轉(zhuǎn)換單元組所反射的電磁波因為極化方向相反而對消，從而有效的降低雷達截面。
[0017]2)本發(fā)明由于極化轉(zhuǎn)換單元的諧振頻率與天線工作頻率相同，最終在天線工作頻帶內(nèi)降低了天線的雷達截面。并且由于該極化轉(zhuǎn)換單元具有四頻特性，在天線工作頻帶外仍然可以有效的降低雷達截面，最終在寬頻帶內(nèi)實現(xiàn)了良好的散射特性。
[0018]3)本發(fā)明由于通過調(diào)整由四個極化轉(zhuǎn)換單元組所形成的正方形區(qū)域的大小，消除了由于引入極化轉(zhuǎn)換表面對天線輻射特性產(chǎn)生的影響，保證了天線輻射性能基本穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有微帶貼片天線的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0021 ] 圖3是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖4是本發(fā)明中的極化轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明中的極化轉(zhuǎn)換單元的S參數(shù)特性示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明與現(xiàn)有微帶貼片天線的S參數(shù)曲線對比圖；
[0025]圖7是本發(fā)明與現(xiàn)有微帶貼片天線在x-z面和y-ζ面的輻射方向圖；
[0026]圖8是本發(fā)明與現(xiàn)有微帶貼片天線分別在X極化和y極化電磁波照射下隨角度變化的雷達截面對比圖；
[0027]圖9是本發(fā)明與現(xiàn)有微帶貼片天線分別在X極化和y極化電磁波照射下隨頻率變化的雷達截面對比圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述
[0029]實施例1:
[0030]參照圖2，本發(fā)明包括輻射單元1、介質(zhì)板2、金屬地板3、同軸接頭4和極化轉(zhuǎn)換表面5。介質(zhì)板2采用介電常數(shù)為4.4，邊長L為80mm正方形介質(zhì)材料，其厚度h為2mm ;在介質(zhì)板2的上表面幾何中心處印制有福射單元1，該福射單元I采用外形為正方形的金屬貼片，其邊長w為15.6_，在介質(zhì)板2的上表面福射單元I的四周印制有極化轉(zhuǎn)換表面5。在介質(zhì)板2下表面印制有金屬地板3，該金屬地板3的形狀和大小與介質(zhì)板2相同。在介質(zhì)板2的中心附近設(shè)置有過孔，同軸接頭4的內(nèi)芯41穿過該過孔與輻射單元I焊接，外芯42與金屬地板3連接，形成底部饋電結(jié)構(gòu)。
[0031]參照圖3和圖4，極化轉(zhuǎn)換表面5的外圍輪廓呈正方形，由分布在輻射單元I四周的四個極化轉(zhuǎn)換單元組51組成。每個極化轉(zhuǎn)換單元組51分別由15個極化轉(zhuǎn)換單元511在X方向和Y方向等周期排布構(gòu)成，且在靠近輻射單元I的頂角處缺省一個極化轉(zhuǎn)換單元511，四個極化轉(zhuǎn)換單元組51形成一個邊長M = 23mm、圍繞福射單元I的正方形區(qū)域6。
[0032]極化轉(zhuǎn)換單元511是一條線寬S3為1.0mm，經(jīng)過若干次彎折的線段構(gòu)成的對稱結(jié)構(gòu)。該對稱結(jié)構(gòu)的外圍輪廓是邊長SI為9mm的正方形，且在對稱軸上留有邊長S2為3mm的正方形