[发明专利]基于超表面的宽带低RCS平板天线及其设计方法

说明书

提出一种基于超表面的宽带低RCS平板天线设计方法：根据平板天线的低RCS频段需求，选择宽带低RCS超表面，保证两者工作频段一致；在宽带低RCS超表面的基础上，选用强制馈电或耦合馈电等本领域所熟知的适当的天线馈电技术，使得超表面的部分单元有效激励，从而得到平板天线；对于得到的平板天线，进行结构参数微调，同时实现宽带低RCS和有效辐射。还提供一种宽带低RCS超表面，和一种基于超表面的宽带低RCS平板天线。该方法基于现有宽带低RCS超表面，结合馈电技术，快速获得宽带低RCS平板天线，大大加快低RCS天线的设计进程，简洁、高效，可应用于各种频段隐身天线设计，缩短设计周期，应用前景广阔。平板天线易与机载、弹载等各型载体共形，且重量轻、成本低，适宜于大规模应用。

技术领域

本发明涉及天线设计技术，具体涉及利用超表面快速设计宽带低RCS平板天线的方法，更具体地涉及一种基于H形混合超表面的宽带低RCS平板天线。

背景技术

电磁超表面将人工构造的平面化物理微结构按特定空间序构排列，它通过微观和宏观尺度结构在表面上的综合，构建了物理结构和电磁空间的桥梁，极大地丰富了人类对电磁波的调控手段和能力。利用超表面不仅可以实现对电磁波直接特征量如幅度、相位、极化和传播方向的灵活调控，还可以实现更加复杂的全息成像、波束赋形、波束扫描等多种功能。电磁超表面的一个重要研究方向是实现雷达隐身设计，如2007年Paquay等利用电磁超表面对雷达波的同相位反射特性，将其与对雷达波具有反相位反射特性的金属面进行棋盘排列，实现表面法线方向的雷达散射截面(Radar Cross Section，RCS)显著减缩。为克服超表面的同相位反射带宽窄导致的表面RCS减缩带宽较窄的不足，2016 年Modi等提出将两种同相位反射超表面棋盘排列，利用两种超表面的反射相位差在宽频带内保持180°±37°，实现宽频带的低RCS超表面设计。尔后，进一步的研究表明，两种超表面的条状、分布式排列也可以实现低RCS性能。总之，目前关于宽带低RCS超表面的设计已经相对成熟。

与超表面的低RCS实现技术相比，天线的低RCS设计则要困难得多，其难点在于，天线的设计必须同时考虑其辐射和散射性能，而两者常常又是一对矛盾，传统的天线低RCS设计方法包括涂覆吸波材料、外形特殊设计等，这些方法容易导致天线辐射和散射性能两者顾此失彼。超表面技术的出现为天线低RCS设计提供了新思路。但已公开报道的基于超表面的低RCS天线设计多是将超表面额外加载到已有天线的周围，这给天线设计和优化过程增加了复杂度，也易导致天线体积增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于宽带低RCS超表面设计宽带低RCS平板天线的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：根据平板天线的低RCS频段需求，选择已知的宽带低RCS超表面，保证两者工作频段一致；

第二步：在宽带低RCS超表面的基础上，选用强制馈电或耦合馈电等本领域所熟知的天线馈电技术，使得超表面的部分单元在辐射时被有效激励，从而得到平板天线；

第三步：对于上述第二步得到的平板天线，进行结构参数微调，实现宽带低RCS和有效辐射；

其中，上述第三步在不需要时，省略第三步。

本发明提供一种宽带低RCS超表面，以下简称为“超表面”，其为矩形薄片结构，超表面自上而下包括金属贴片阵列01、介质基板02、金属地板03；其特征在于，

以金属贴片阵列01上表面的中心为坐标原点，建立直角坐标系XYZ，X 轴为水平轴，Y轴为纵轴，Z轴垂直于纸面向外；X轴为超表面的水平对称轴， Y轴为超表面的纵向对称轴，因此X轴和Y轴分别与超表面相交的两条边平行；

介质基板02为矩形薄片，其长度、宽度分别为超表面的长度、宽度；