[发明专利]一种基于强互耦效应的低RCS宽带宽角扫描相控阵天线

说明书

本发明公开了一种基于强互耦效应的低RCS宽带宽角扫描相控阵天线，它包含印制在薄介质层上的辐射单元层，在辐射单元层中沿着偶极子臂的方向在偶极子末端通过交指加强与相邻单元之间的电容耦合；采用多层阻抗变换巴伦结构为偶极子馈电。本发明同时兼顾了相控阵天线在超宽带、宽角波束扫描、低RCS上的要求，提出的低RCS宽带宽角扫描相控阵天线尤其适合新一代隐身载体平台上的应用。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，特别涉及到低RCS特性的宽带宽角扫描相控阵天线系统。基于一种强互耦效应思想，本发明提出并设计的同时具有超宽工作频带、宽波束扫描角、低RCS等特性的相控阵天线，特别适用于新一代隐身载体平台。

背景技术

天线作为无线系统中不可缺少的重要部件，其主要作用是作为连接射频输入端口与自由空间的匹配网络，实现在特定方向上接收和发射电磁波能量的目的，因此天线的性能决定整个无线通信系统的性能。由于探测与高分辨率成像的需求，现代雷达系统工作带宽日益提升。相控阵天线由于具有波束扫描速度快、跟踪精度高以及抗干扰能力强等优点，是现代雷达系统的主要天线形式，也是新一代作战平台无线电子系统不可或缺的天线形式。随着空间技术的发展，为了使得雷达在更远的距离上发现和跟踪目标，各种军事电子系统对相控阵天线的宽频带、宽角扫描特性提出了更高的要求。

传统的相控阵天线设计由于受到阵元间互耦等因素的影响导致在拓宽频带以及宽角扫描上有很大的局限性。近年来，国际阵列天线研究领域出现了一种基于强互耦效应的宽带相控阵天线，它是由Munk等人在美国专利号为6512487的专利中提出的“宽带相控阵及其相关技术”(Wideband Phased Array Antenna and Associated Methods)。Munk披露的相控阵天线辐射单元是一种完全平面化的、具有极宽工作带宽的特性。Munk在相邻偶极子的末端通过交指连接从而引入了强电容耦合分量，这一强电容耦合分量刚好可以用来补偿紧密排列的偶极子单元固有的电感分量，因此当相控阵天线工作频率发生变化时，天线单元的输入阻抗以及辐射特性随频率变化缓慢，从而展现出了极宽的频带特性。然而，基于这种强互耦思想在设计宽带宽角扫描相控阵时也存在一些自身的不足：Munk等人的强电容耦合偶极子相控阵需要使用两层以上的微波介质板材，并且往往要求充当宽角扫描阻抗匹配层的介质板材具有与工作波长成正比的厚度，因此该实现方案不便于复杂平台载体上共形宽带相控阵天线设计。

新一代作战载体平台不仅对天线系统本身提出了超宽带、宽角波束扫描的要求，同时也将天线系统的隐身性能作为了当前武器装备的重要研制指标。近年来随着隐身技术的不断发展，具有隐身功能要求的载体平台本身的电磁散射或RCS(Radar Cross Section，雷达散射截面)已越来越低。天线作为有源目标，在自身工作时必须保证能正常收发电磁波，不能被遮挡或覆盖，常规的隐身方法(如整形技术、吸波材料技术等)无法简单的在天线隐身中直接得以应用。平台上的天线已经成为其最重要散射源。因此当前雷达天线系统的RCS控制已成为隐身技术中亟待解决的问题。

以往人们对天线的RCS缩减研究主要集中在单元天线领域，也提出了许多的方法，但鲜有涉及到同时兼顾超宽带、宽角波束扫描、低RCS这三大挑战的相控阵天线设计的报道。例如申请号为201110321595.7的中国专利“基于完全吸收器的低RCS微带天线”中提出了一种基于吸收体的吸波特性而设计出的微带天线，加载完全吸收器之后，可使微带天线的RCS减少8-15dB。但是，微带天线本身工作带宽窄，难以满足现代雷达系统对宽频带工作的要求，而且也难以实现宽角扫描。申请号为200620166938.1的中国专利“一种3.1～10.6GHz Vivaldi超宽带天线”可以解决宽频带的要求，然而它的剖面高度很高，难以满足复杂平台载体上关于共形宽带相控阵天线的设计要求，同时它的RCS也很高，不利于隐身设计。

发明内容

本发明鉴于上述技术背景而实现，在Munk关于强互耦效应宽带相控阵技术的基础之上进一步提出了低RCS特性的宽带宽角扫描相控阵天线形式，可以全面解决背景技术中提到的各项技术难题。