[发明专利]可动态调控散射性能的低RCS编码超表面天线及其设计方法

权利要求书

1.一种可动态调控散射性能的低RCS编码超表面天线，其特征在于，包括超表面天线、同轴馈电层、直流偏馈层、多个同轴金属馈电柱以及多个偏置金属馈电柱，超表面天线包括第一介质层以及设置在其顶部的矩形金属贴片层、底部的金属背板层，同轴馈电层包括第二介质层以及印制在其下表面的同轴馈电网络，直流偏馈层包括第三介质层以及印制在其下表面的直流偏馈网络，超表面天线、同轴馈电层、直流偏馈层依次无缝层叠压合在一起；

矩形金属贴片层包括阵列排布的多个金属贴片单元，每个金属贴片单元包括左右对称开槽的矩形环及设置在矩形环内的矩形贴片，左右对称开槽的矩形环通过镶嵌在开槽处的开关二极管相连接，矩形贴片通过开关二极管与矩形环相连接；其中，开槽后矩形环的上半部中心位置为偏置金属馈电柱的所在位置，矩形贴片与同轴金属馈电柱相连接；

同轴馈电网络采用Wilkinson功分器模型设计，用于给超表面天线中的金属贴片单元进行同轴馈电；

多个同轴金属馈电柱与阵列排布的多个金属贴片单元一一对应，在贯穿超表面天线以及第二介质层后接地，同时连接同轴馈电网络；

多个偏置金属馈电柱自矩形金属贴片层贯穿至第三介质层后接电源正极，同时连接直流偏馈网络给超表面天线中的开关二极管供电；

金属背板层上设有多个与同轴金属馈电柱、偏置金属馈电柱所在位置一一对应的孔洞，用于与同轴金属馈电柱、偏置金属馈电柱进行隔离。

2.根据权利要求1所述的一种可动态调控散射性能的低RCS编码超表面天线，其特征在于，所述的第一介质层、第二介质层、第三介质层均采用F4B聚四氟乙烯玻璃布纸材料，介电常数为2.65，损耗角正切为0.001。

3.根据权利要求1所述的一种可动态调控散射性能的低RCS编码超表面天线，其特征在于，所述矩形金属贴片层、金属背板层、同轴馈电网络以及直流偏馈网络均采用铜材料。

4.一种权利要求1至3中任一所述的可动态调控散射性能的低RCS超表面天线的设计方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)计算金属贴片单元的理论尺寸；

2)在超表面天线下方采用同轴馈电方式，根据同轴馈电点位置的计算公式推导出同轴金属馈电柱的初步位置，并通过仿真优化出最佳位置；

3)调整矩形环的尺寸和开槽位置，使得天线阵在二极管通与断状态下交叉极化的散射相位能够满足180°±37°的相位差；

4)基于矩形金属贴片层表面的电流分布、同轴馈电端口的阻抗匹配情况，调整矩形贴片、矩形环的尺寸，对天线阵的辐射特性进行调整与优化；

5)根据金属贴片单元的排布方式，采用Wilkinson功分器模型设计同轴馈电网络；

6)设计直流偏馈网络以给开关二极管供电；

7)将所述的超表面天线、同轴馈电网络以及直流偏馈网络结合起来，进行联合仿真优化。

5.根据权利要求4所述的可动态调控散射性能的低RCS超表面天线的设计方法，其特征在于，所述的步骤1)中的金属贴片单元的理论尺寸计算公式为：其中，c为真空中光的传播速度，f为指定的天线谐振点频率，ε_r为第一至第三介质层的相对介电常数，h为第一介质层的厚度，W为金属贴片单元辐射边中矩形贴片的宽度，L为金属贴片单元中矩形贴片的长度，ΔL为金属贴片单元中矩形贴片的长度的扩展量，ε_e为有效介电常数，λ_e为矩形金属贴片层的波导波长。

6.根据权利要求4所述的可动态调控散射性能的低RCS超表面天线的设计方法，其特征在于，所述步骤2)中的同轴馈电点位置的计算公式为：其中，W为金属贴片单元中矩形贴片的宽度，h为第一介质层的厚度，R_e为矩形贴片边缘的输入电阻，R_i为输入电阻，d为同轴馈电点离矩形贴片单元中心的距离，L为金属贴片单元中矩形贴片的长度。