[发明专利]隐身圆极化平面折叠卡塞格伦天线及其设计方法

说明书

本发明属于隐身天线技术领域，具体一种隐身圆极化平面折叠卡塞格伦天线及其设计方法。本发明天线由作为主反射面的聚焦超表面、作为副反射面的旋向选择超材料和圆极化喇叭馈源组成；聚焦超表面由若干超表面单元组成，聚焦超表面单元由两层方形金属贴片和底层金属背板组成；旋向选择超材料由2种方形超单元通过棋盘式排列组成；2种方形超单元分别由2种超材料单元在x、y方向周期重复r×r个构成；每种超材料单元由两个相同的带有顺时针螺旋缠绕金属条带的介质块相互垂直叠放组成；该天线在左旋圆极化喇叭馈源激发下，可以定向辐射高增益右旋圆极化平面波；并具有高增益，低RCS和剖面低等优势，具有优异的隐身功能。

技术领域

本发明属于隐身天线技术领域，具体涉及能够实现低RCS的圆极化平面折叠卡塞格伦天线及其设计方法。

背景技术

隐身技术是指通过有效控制目标自身的信号特征，使其难以被敌方雷达系统探测发现，从而躲避跟踪、识别及攻击的一种技术。雷达横截面积是衡量目标电磁散射能力的重要参数。通过低雷达散射横截面(Radar Cross Section，RCS)减缩技术可以有效降低目标散射，减小目标被侦测概率，达到雷达隐身效果。

天线作为特殊的强散射源，它的基本功能是发射和接收电磁波，是飞行器和雷达不可或缺的一部分。目前，隐身作战平台自身的RCS已经得到很好的控制，但加载平台天线系统的RCS已成为整体RCS的突出来源。天线隐身性能的好坏是决定目标隐身能力的关键因素。已有电磁超材料的相关研究成果表明，超材料与传统天线可结合应用，在改善天线的辐射性能和缩减RCS的散射性能方面有着巨大的潜力和发展空间。

天线的电磁隐身在现代武器装备研究上具有重要的现实工程应用价值和迫切军事需求，同时超材料独特的电磁特性及其在天线设计中的优异表现也为天线隐身提供了新的思路。因此，将两者结合起来，探索超材料在天线电磁隐身中的应用是一项不仅具有创新性还具有重要军事需求和工程应用前景的研究。

本发明基于聚焦超表面和旋向选择超材料提出了一种低RCS圆极化平面折叠卡塞格伦天线及其设计方法。所述天线能够实现在左旋圆极化波激励下定向辐射右旋圆极化平面波，并具有低RCS，高增益和剖面低等优势。

发明内容

本发明目的在于提出一种在左旋圆极化波激励下，能够实现高定向辐射右旋圆极化波且具有低RCS的隐身圆极化平面折叠卡塞格伦天线及其设计方法。

本发明提供的隐身圆极化平面折叠卡塞格伦天线，其结构如图1所示，由聚焦超表面(主反射面)、旋向选择超材料(副反射面)和圆极化喇叭馈源组成；所述圆极化喇叭馈源放置在聚焦超表面中心，喇叭口径面和聚焦超表面的表面平齐；所述旋向选择超材料放置在聚焦超表面上方，两者之间的距离是聚焦超表面焦距的二分之一，确保天线辐射的电磁波为高定向圆极化平面波。

本发明中，所述聚焦超表面由m×n个超表面单元组成(m、n为超表面沿x、y方向的单元数目)，用于实现左旋圆极化波的反射聚焦和旋向改变功能。所述聚焦超表面单元由两层方形金属贴片和底层金属背板组成，三层金属之间通过两层介质板隔开；超表面单元周期为P，中间层金属贴片边长为a，上层金属贴片边长是中间层金属贴片边长的s倍，为保证超表面单元有足够的反射相位覆盖范围和工作带宽，这里设计s＝0.9，介质层厚度为h。通过改变金属贴片边长a，可以在8～14GHz内实现360°相位调控。将具有不同反射相位的超表面单元按抛物相位排布，可以实现聚焦功能。