[发明专利]基于数字电磁超表面的低RCS宽带印刷缝隙天线

说明书

提出一种基于数字电磁超表面的低RCS宽带印刷缝隙天线，为矩形薄片结构，自上而下包括超表面金属贴片(01)、超表面介质基板(02)、开缝金属地板(03)、介质基板(04)、馈电金属传输线(05)。通过超表面的数字排列减小天线的RCS，利用超表面和天线的耦合拓展天线工作带宽，由此同时实现了天线的宽带工作和低RCS。本发明的优点为：提出的印刷缝隙天线将超表面和天线结构一体化成形，同时提升了辐射和散射性能，且结构紧凑、简单。

技术领域

本发明涉及天线设计技术，具体涉及利用数字电磁超表面实现印刷缝隙天线宽带辐射和低RCS性能，更具体地涉及一种基于数字电磁超表面的低RCS宽带印刷缝隙天线。

背景技术

数字电磁超表面是近几年超构表面研究的一个新前沿，它利用不同数字代表不同的超表面单元结构，在一个表面上按照数字的方式对电磁超表面进行排列，通过整个表面上数字的不同排列可以实现对电磁波的空间重构。数字电磁超表面可以实现低RCS、波束扫描等一系列功能，它为设计高性能天线提供了新的技术途径。

缝隙天线是通过在金属结构表面开缝形成的天线。印刷缝隙天线因其低剖面、低成本、轻重量、易于集成和共形等优点，受到广泛关注与应用。传统的印刷缝隙天线其辐射缝隙长度近似为工作频率对应波长的一半，因此，当缝隙尺寸选定后，其工作频率也就随之确定，这也导致其工作频带较窄。另一方面，印刷缝隙天线表面较大的金属面往往对雷达来波形成强散射，所以缝隙天线的雷达散射截面积(Radar Cross Section，RCS)很高。目前，还没有公开技术报道，同时实现印刷缝隙天线的宽带辐射和低RCS。

发明内容

为同时解决传统印刷缝隙天线工作频带窄和RCS高的问题，本发明提出一种基于数字电磁超表面的低RCS宽带印刷缝隙天线，可以作为具有隐身性能的天线应用于各类隐身平台。

本发明提供一种基于数字电磁超表面的低RCS宽带印刷缝隙天线，以下简称为“天线”，其为矩形薄片结构，其特征在于，天线自上而下包括超表面金属贴片01、超表面介质基板02、开缝金属地板03、介质基板04、馈电金属传输线05；

以天线的介质基板04下表面的中心为坐标原点，建立直角坐标系xyz，x轴为天线的水平对称轴，因此x轴和y轴分别与天线相交的两条边平行；

超表面介质基板02为矩形薄片，其长度、宽度分别为天线的长度、宽度；

超表面金属贴片01贴合在超表面介质基板02的上表面，由两种方形金属贴片单元周期紧密排列构成，这两种方形金属贴片单元分别记为“0单元”、“1单元”；将超表面介质基板02的上表面划分为N×M个矩形区域，其中N为行数，M为列数，N、M均为大于1的自然数且至少一个为偶数，每个矩形区域中只放置一个金属贴片单元，“0单元”或“1单元”；0单元和1单元的方形金属贴片都位于各自单元的中部，其中心与各自单元的中心重合，其水平和竖直对称轴分别平行于x轴、y轴，0单元和1单元沿x和y方向的边长相同、但其中的方形金属贴片的边长不同；0单元和1单元的个数及其在超表面介质基板02的上表面的排列方式，以在超表面介质基板02的上表面上，无论0单元还是1单元，均保证沿X轴、Y轴都必须是对称排列的为准；

开缝金属地板03为薄金属板，除矩形缝隙31外，其完全覆盖超表面介质基板02的下表面并与其紧密贴合，因此，开缝金属地板03的长度、宽度与超表面介质基板02相同；矩形缝隙31位于金属地板03的中部，其中心与金属地板03的中心重合，其水平和和竖直对称轴分别与x轴、y轴重合；

介质基板04为矩形薄片，其位于开缝金属地板03的下方，完全覆盖开缝金属地板03并与其紧密贴合，因此，介质基板04的长度、宽度与超表面介质基板02相同；