[发明专利]一种基于具有极化转换功能的相位梯度超表面的低RCS天线

说明书

本发明公开了一种基于具有极化转换功能的相位梯度超表面的低雷达散射截面积(RCS)天线，它由双功能超表面和天线结构组成。整体结构有五层，第一层和第三层的金属结构层，第二层和第四层的介质层，第五层的金属背板。双功能超表面由8个单元结构进行二维相位梯度排列而成，可在宽频带内同时实现对电磁波的异常反射和极化转换。天线结构的辐射贴片设计在整体结构的第三层，与超表面共用第四层的介质层和第五层的金属背板。辐射贴片周围加载金属方环，避免超表面单元的干扰。本发明所设计的低RCS天线具有良好的宽频带内RCS缩减性能，对于单站单极化的雷达有着良好的隐身效果，同时天线还可以保持良好的辐射性能。本发明对隐身天线领域有着重要的应用意义。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术，隐身天线领域，尤其涉及反射型相位梯度超表面，极化转换超表面以及贴片天线。

背景技术

极化与波前是电磁波的重要属性之一。能够实现对电磁波极化状态与波前的控制在微波领域，隐身领域以及通信领域都具有非常重要的意义。传统的调控电磁波极化和波前的方法是通过相位路径积累的方法实现的，基于这种思路制作出的器件往往体积都很大又笨重。超材料的问世则给调控电磁波提供了另一种途径。

超材料是由亚波长结构单元周期性排列而成，它具有自然界材料所不具备的电磁特性。人们可以调控超材料的单元结构来达到调控电磁波的目的。超表面则是二维的超材料，调控超表面内单元的排布方式以及单元结构的参数，进而可以调控电磁波的极化，幅值，相位。例如相位梯度超表面，广义斯涅耳定律的提出为相位梯度超表面调控电磁波的传播方向奠定了理论基础，机理则是在界面不同位置引入了离散的不同的相位突变，对这些相位突变进行人为设计排布，从而控制反射或是透射波的传播方向。又例如极化转换超表面，利用超表面的各向异性，调控单元结构的参数，改变x和y方向的电磁参数，从而实现对入射电磁波的极化转换。相比于传统的调控电磁波的方式，这种通过设计超表面单元结构，调整单元结构尺寸以及调整单元组阵排布方式来实现对电磁波状态的自由调控，可以极大地减少器件的厚度和体积，极大地简化设计，降低制作难度。此外，基于超表面的器件还具有低损耗的优势。因此，超表面在现代隐身，天线，通信，电子对抗等领域有着重要的应用价值和应用前景。

现在大多数超表面的设计仅仅具有单一功能，无法同时做到对电磁波极化和波前的双重调控。现有的兼具双功能的超表面的工作带宽相对较窄，构成相位梯度超表面的基本单元数较少，可能会导致栅瓣的出现。另一方面，极化超表面隐身，相位梯度超表面隐身技术已被许多研究者提出并应用，但兼具这两项功能的超表面与天线的联立设计还尚不多见。因此，面向隐身天线的设计需求，结合极化转换超表面和相位梯度排布降低天线的单站RCS是目前实现宽带隐身天线的新途径之一。

发明内容

本发明的目的是提供了一款基于具有极化转换功能的相位梯度超表面的低RCS天线，可应用于隐身天线领域中。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：