[发明专利]一种基于加载人工电磁材料的低RCS相控阵天线

说明书

本发明提出了一种基于加载人工电磁材料的低RCS相控阵天线，属于天线工程技术领域。该天线包括下层的阵列天线层、上层的人工电磁材料层、以及中间的支撑结构；人工电磁材料层由周期排列的人工电磁材料大单元组成，每个相控阵天线单元正上方对应一个人工电磁材料大单元。本发明采用周期性人工电磁材料加载于相控阵天线单元上方，每个单元加载的人工电磁材料有不同的透射相位，导致整体单元有不同的反射相位，通过控制反射相位分布可以控制散射波能量的分布，从而实现RCS缩减。本发明结构简单，容易加工和实现，可以同时实现天线带内带外的RCS缩减，且适用性高。在保证天线辐射性能的基础上缩减了相控阵天线的RCS，实现雷达隐身。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，属于相控阵天线RCS缩减技术，通过人工电磁材料与相控阵天线结合相实现。

背景技术

在现代战争中，随着雷达技术的发展，对飞行器隐身技术的要求也随之越来越高。随着隐身技术的发展，采用特殊外形，吸波涂料和无源对消等手段，可以有效降低飞行器结构的雷达散射截面(Radar Cross-Section,RCS)。但是天线作为一种特殊的散射体，如果使用一般的缩减方法，在缩减了天线的RCS同时，会导致天线的辐射性能遭到显著破坏。因此在不影响天线辐射性能的情况下，有效缩减或控制天线的RCS，对于天线的载体显得至关重要。

实现天线RCS缩减的技术有很多种。常用的方法有天线罩技术，利用频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)，电磁带隙结构(Electromagnetic Band Gap,EBG)等结构，加载在天线的前端或者地板，将来波进行对消减小天线的散射。加载技术是指在特定位置加载电阻或二极管，使天线获得较小的散射响应。采用宽带匹配技术可以有效降低天线的模式项RCS。在天线表面增加全息材料，可以使来波在天线表面变为表面波，从而降低反射来实现RCS的缩减。这几种方式都有各自的局限性，FSS等结构在天线带内会影响天线的辐射性能，宽带匹配技术实现宽频带内的天线与接收机匹配较为困难，全息材料应用在相控阵表面时同样会影响天线的辐射性能。目前研究的天线RCS缩减方法中，对于阵列天线使用的RCS缩减方法较少。

发明内容

为了解决以上技术的局限性，本发明提出一种灵活性高，不破坏相控阵原有结构的相控阵天线RCS缩减技术。该方法在相控阵上方增加一层周期性的人工电磁材料，具有较小的传输损耗，每个相控阵单元上方对应的加载单元采用不同的透射相位。不同于之前的缩减技术，该技术可实现天线带内与带外，交叉极化波与主极化波的宽带RCS缩减，且可使用于单元较小的阵列天线，同时不影响天线阵列的辐射性能。

一种基于加载人工电磁材料的低RCS相控阵天线，包括下层的阵列天线层，上层的人工电磁材料层，以及中间的支撑结构。

所述人工电磁材料层由周期排列的人工电磁材料大单元组成，每个阵列天线层的天线单元正上方对应一个人工电磁材料大单元，所述人工电磁材料大单元由若干个小单元组成。

所述阵列天线层为紧耦合天线阵，通过调节馈电实现需要的各单元相位。

所述人工电磁材料大单元满足要求透射率且通过调节单元参数实现需要相移并且不影响周期性。

所述人工电磁材料小单元包括若干层层叠设置的介质基板，以及每层介质基板上下表面的金属贴片。

所述人工电磁材料小单元上下表面的金属贴片形状相同尺寸不同。

进一步地，所述人工电磁材料小单元每两层介质基板与一层金属贴片间隔设置。

可采用人工电磁材料单元如图2至图5结构，根据对电磁材料的频带与存在的需要，可设计多种不同人工电磁材料单元，如覆盖金属贴片的介质单元。单元的要求是满足要求透射率且通过调节单元参数可以实现需要相移并且不影响周期性。