[发明专利]一种辐射散射一体化低RCS天线罩及其设计方法

权利要求书

1.一种辐射散射一体化低RCS天线罩的设计方法，包括以下步骤：

S1、通过随机梯度下降法对天线罩透射型超表面上的多个相位单元的排布进行优化；

S11、根据平面波天线阵列的远场散射场Ε_scattering、远场辐射场E_radiation和天线辐射场E_antenna，获得相位单元排布的目标函数：

S12、使用随机梯度下降法对相位单元排布的目标函数进行优化，得到最优相位排布；

S2、根据最优相位排布，使用人工神经网络进行相位单元的尺寸与相位单元的相位之间的关系拟合，找到多个相位单元对应的贴片尺寸；

S3、根据多个相位单元对应的贴片尺寸和最优相位排布，对天线罩透射型超表面进行设计，获得辐射散射一体化低RCS天线罩；

所述步骤S11中获得相位单元排布的目标函数的具体步骤为：

S111、对于M×N超表面相位单元来说，平面波天线阵列远场辐射场表示为：

E_radiation＝EF_antenna×AF (1)

式(1)中EF_antenna为天线远场辐射场，AF为阵列因子，阵列因子AF具体表示为：

式(2)中，k是波矢量，d是超表面单元间隔；θ和是球坐标系下的俯仰角和方位角；φ(m,n)是位置(m,n)对应相位单元的相位；

S112、对于M×N超表面相位单元来说，反射电磁波的远场散射场表示为:

式(3)中EF_reflect是天线单元的反射场；E_scattering是经过超表面调制后的远场散射场，对反射探测信号的相位延迟为2φ，将公式(2)代入公式(1)中，然后将公式(1)和公式(3)进行对比，得出，当且仅当φ(m,n)＝n×2π,n∈0,1,2,…N时，远场辐射场E_radiation和远场散射场E_scattering相等；

天线辐射场E_antenna的公式：

其中Ni为单元个数，n表示阵列中的第n个单元，第n个单元在空间中的坐标表示为(x_n,y_n,z_n)，θ和是球坐标系下的俯仰角和方位角，f_n(θ，φ)为第n个单元在阵列环境中的波瓣，k为工作频点的波矢，I_n为激励振幅，为相位；

因此，通过设计透射型超表面相位单元的相位排布，即实现对天线辐射场和反射电磁波散射场的不同调控；

S113、根据Ε_scattering、E_radiation和E_antenna获得目标函数为：

min F(X)＝{ω₁×f(x)+ω₂×g(x),f(x)＝|E_radiation-E_antenna|,g(x)＝E_scattering}

式(4)中，X表示整体的相位阵列排布，X中包括多个位置相位变量，x_M表示第M个位置的相位变量，R^M表示M个实数，ω₁和ω₂是远场辐射场与远场散射场的加权系数。

2.如权利要求1所述的辐射散射一体化低RCS天线罩的设计方法，其特征在于，所述步骤S12中对相位单元排布的目标函数进行优化的具体方法为：根据随机梯度下降法，将目标函数分别对多个位置相位变量求对应的一阶偏导数，然后让整体的相位阵列排布X每次随机选取一个位置相位变量的一阶偏导数，一阶偏导数的方向进行变化来优化目标函数，经过多次随机的迭代，由于每次都随机的沿着一阶偏导数的方向进行变化，目标函数最终优化达到一个最小值。

3.一种辐射散射一体化低RCS天线罩，其特征在于，使用如权利要求1-2任一权利要求所述的设计方法获得的天线罩。