一種基于表面波波導(dǎo)與超表面吸收器復(fù)合結(jié)構(gòu)的端射天線制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于表面波波導(dǎo)與超表面吸收器復(fù)合結(jié)構(gòu)的端射天線，涉及微波天線技術(shù)領(lǐng)域。端射天線的結(jié)構(gòu)主要由表面波波導(dǎo)、激勵(lì)貼片、反射器貼片以及超表面吸收器等部分構(gòu)成。表面波導(dǎo)既可以傳導(dǎo)表面波，又可以呈現(xiàn)出低頻處低通與高頻處帶通頻率選擇表面的特性從而能夠抑制端射天線在部分頻帶內(nèi)的背向單站RCS。位于表面波波導(dǎo)上方的激勵(lì)貼片與反射器貼片能夠激勵(lì)起表面波導(dǎo)內(nèi)的表面波沿某個(gè)方向傳播并在波導(dǎo)的邊緣處因不連續(xù)性而輻射出電磁能量。此外，超表面吸收器能夠吸收部分頻段上的電磁波吸收，從而抑制了端射天線在該頻段的RCS。將表面波波導(dǎo)與超表面吸收器的RCS抑制相結(jié)合，該端射天線能夠?qū)崿F(xiàn)良好的端射性能與超寬帶范圍內(nèi)的RCS抑制功能。

An end ejection antenna based on the composite structure of surface wave guide and super surface absorber

The invention discloses an end ejection antenna based on the composite structure of surface wave guide and super surface absorber, which relates to the field of microwave antenna technology. The structure of the end shooting antenna is mainly composed of surface wave guide, exciting patch, reflector patch, and super surface absorber. Surface waveguide can not only transmit surface waves, but also exhibit low-pass low-pass and high-frequency band pass frequency selective surfaces, so that it can suppress the back-end single ended RCS of the end fire antenna in some bands. The patch and reflector above the surface wave guide can stimulate the surface wave propagating in the surface waveguide along a certain direction and radiate the electromagnetic energy due to discontinuity at the edge of the waveguide. In addition, the super surface absorber absorbs electromagnetic wave absorption on the part of the frequency band, thus restraining the RCS of the end ejection antenna at the frequency band. Combining the surface wave guide with the RCS suppression of the super surface absorber, the end fire antenna can achieve good end fire performance and RCS suppression function in the ultra wideband range.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于表面波波導(dǎo)與超表面吸收器復(fù)合結(jié)構(gòu)的端射天線
本專利技術(shù)屬于微波天線
，具體涉及一種基于表面波波導(dǎo)與超表面吸收器復(fù)合結(jié)構(gòu)的端射天線。
技術(shù)介紹
近些年來，隨著偵測(cè)與隱身技術(shù)的發(fā)展，平板天線的雷達(dá)散射截面RCS受到了越來越多的關(guān)注。平板天線是一個(gè)非常特殊的散射體，往往很難同時(shí)兼顧到其輻射特性與低RCS特性。實(shí)際應(yīng)用中，集總/分布元件加載技術(shù)與使用雷達(dá)吸收材料是最為常見的降低天線RCS的方法，它們的工作機(jī)理都是將微波射頻能量轉(zhuǎn)換為熱量，然而這兩種方法的缺點(diǎn)是附帶有天線輻射性能的惡化。近年來，電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)與超材料/表面等結(jié)構(gòu)被廣泛引入到低RCS平板天線的設(shè)計(jì)中，有效地實(shí)現(xiàn)了天線的帶內(nèi)RCS抑制，但對(duì)于帶外RCS則無能為力。此外，反相散射抵消策略被提出并被引入到低RCS平板天線的設(shè)計(jì)中，這種方法借助具有等幅反相的反射相位的兩種人工周期表面，實(shí)現(xiàn)天線背向散射的相互抵消，但這種方法的缺點(diǎn)是RCS抑制帶寬一般相對(duì)較窄。因此，如何在保證平板天線的輻射特性的前提下實(shí)現(xiàn)超寬帶的RCS抑制，是低RCS天線設(shè)計(jì)的巨大挑戰(zhàn)。文獻(xiàn)“ThinAMCStructureforRadarCross-SectionReductionbyUsingHybridFrequencySelectiveSurfaces(SimoneGenovesi，F(xiàn)ilippoCostaandAgostinoMonorchio，IEEETransactionsonAntennasandPropagation，2012，60(5)：2327-2335.)”提出了一款基于混合頻率選擇表面(FSS)的低剖面平板陣列天線，天線的工作頻率設(shè)計(jì)在FSS的阻帶內(nèi)，而在通帶內(nèi)，F(xiàn)SS表現(xiàn)為完全透明性質(zhì)，陣列天線的全局RCS從而在該通帶內(nèi)被抑制。這種設(shè)計(jì)既保證了天線在其工作頻帶外的雷達(dá)特性，又保證了其帶內(nèi)的輻射特性。測(cè)試結(jié)果表明天線工作在2.5GHz，RCS抑制頻帶為6～9GHz。但單純FSS結(jié)構(gòu)應(yīng)用于低RCS天線設(shè)計(jì)的一大顯著缺點(diǎn)是天線的帶內(nèi)RCS不能得到抑制。文獻(xiàn)“WidebandRadarCross-SectionReductionofaStackedPatchArrayAntennaUsingMetasurface(ChengHuang，WenboPan，XiaoliangMaandXiangangLuo，IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters，2015，14：1369-1372.)”將雙層超表面結(jié)構(gòu)引入到低RCS平板天線的設(shè)計(jì)中。雙層超表面的下層表面由四個(gè)方形貼片及四個(gè)加載電阻組成，其作用是實(shí)現(xiàn)貼片天線的工作頻帶內(nèi)的RCS減縮。而上層超表面由周期的方形環(huán)及四個(gè)加載電阻構(gòu)成，目的是為了吸收天線的工作頻帶外的入射電磁波。最終該雙層超表面實(shí)現(xiàn)了寬帶的RCS抑制，并且沒有惡化所設(shè)計(jì)天線的輻射性能。然而，該設(shè)計(jì)的RCS抑制帶寬仍具有可提升空間。端射天線因其高增益與平行于水平面的方向圖而有著廣泛的應(yīng)用，因而將RCS抑制聚焦到平板端射天線的設(shè)計(jì)上是非常有意義的。文獻(xiàn)“VivaldiantennawithreducedRCSusinghalf-modesubstrateintegratedwaveguide(YongtaoJia，YingLiu，YuwenHaoandShuxiGong，ElectronicsLetters，2014，50(5)，pp.345-346.)設(shè)計(jì)了一款基于半模基片集成波導(dǎo)的Vivaldi天線。與傳統(tǒng)的Vivaldi天線相比，所設(shè)計(jì)的天線能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)24dB的RCS減縮，且不會(huì)對(duì)天線的輻射性能產(chǎn)生影響。然而，天線RCS抑制的帶寬并不夠?qū)挕?duì)于具有超寬帶RCS抑制的平板端射天線而言，既要實(shí)現(xiàn)超寬頻帶內(nèi)天線RCS的減縮，又要保證平板天線的端射性能不會(huì)遭到惡化，是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服上述技術(shù)問題，提供一種基于表面波波導(dǎo)與超表面吸收器復(fù)合結(jié)構(gòu)的端射天線。本專利技術(shù)解決所述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：一種基于表面波波導(dǎo)與超表面吸收器復(fù)合結(jié)構(gòu)的端射天線，能夠在保證縫隙天線良好的輻射性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)超寬頻帶內(nèi)的背向單站RCS減縮，包括超表面吸收器部分、輻射貼片天線部分、表面波波導(dǎo)部分和饋電部分；所述超表面吸收器部分包括周期排列的電阻加載的方形環(huán)單元和上層介質(zhì)基板1；每個(gè)電阻加載的方形環(huán)單元包括方形環(huán)貼片2和四個(gè)加載電阻3；所述輻射貼片天線部分包括帶狀輻射貼片4和三個(gè)寄生帶狀反射器貼片5；所述帶狀輻射貼片4和所述寄生帶狀反射器貼片5均印刷在中間層介質(zhì)基板6的上表面；表面波波導(dǎo)部分包括底層介質(zhì)基板8和工字形周期單元；工字形周期單元中每個(gè)工字形單元包括上層方形貼片7和下層方形貼片9以及貫穿底層介質(zhì)基板8的圓柱金屬探針11；所述饋電部分包括饋電金屬探針10、SMA接頭12和短路金屬探針13；所述方形環(huán)貼片2和所述加載電阻3均位于上層介質(zhì)基板1的上表面；所述帶狀輻射貼片4和所述寄生帶狀反射器貼片5均位于中間層介質(zhì)基板6的上表面；所述工字形單元的上層方形貼片7位于中間層介質(zhì)基板6的下表面；所述中間層介質(zhì)基板6的下表面與底層介質(zhì)基板8的上表面重合；所述工字形單元的下層方形貼片9位于底層介質(zhì)基板8的下表面；所述上層介質(zhì)基板1和中間層介質(zhì)基板6之間存在有厚度為8mm的空氣間隙；所述工字形的圓柱金屬探針11穿透底層介質(zhì)基板8并連接工字形單元的上層方形貼片7和下層方形貼片9；所述SMA接頭12位于底層介質(zhì)基板8的下表面；所述饋電金屬探針10穿透中間層介質(zhì)基板6和底層介質(zhì)基板8并連接帶狀金屬貼片4和SMA接頭12；所述短路金屬探針13穿透中間層介質(zhì)基板6和底層介質(zhì)基板8并連接帶狀金屬貼片4和工字形單元的下層方形貼片9；所述天線通過饋電金屬探針10、短路金屬探針13以及SMA接頭12予以饋電；激勵(lì)信號(hào)通過饋電金屬探針10過渡到帶狀金屬貼片4之上，使之在饋電金屬探針10和短路金屬探針13的作用之下形成一個(gè)偶極子輻射器，從而激勵(lì)起表面波波導(dǎo)中的表面波；所述天線的輻射特性主要來源于激勵(lì)貼片在表面波波導(dǎo)中所激勵(lì)起的表面波輻射。表面波波導(dǎo)采用的是上下對(duì)稱的周期結(jié)構(gòu)，在x方向上來看，其可以等效為一個(gè)介電常數(shù)非常高的介質(zhì)。根據(jù)斯奈爾折射定律，較高的折射率(介電常數(shù))可以實(shí)現(xiàn)全反射，因而能夠傳播表面波。激勵(lì)信號(hào)通過激勵(lì)探針過渡到激勵(lì)貼片上能夠在表面波導(dǎo)內(nèi)激勵(lì)起TE0模式的表面波，該表面波沿著±x方向傳播。同時(shí)，由于有反射器貼片的存在，沿著-x方向的表面波被抑制掉，而沿著+x方向傳播的表面波在波導(dǎo)的邊緣處由于不連續(xù)性向外輻射能量，從而實(shí)現(xiàn)天線的端射效果。所述天線的諧振頻率設(shè)計(jì)在表面波導(dǎo)的等效介電常數(shù)最大處。所述天線的散射抑制則主要是由表面波波導(dǎo)部分與超表面吸收器部分完成。表面波波導(dǎo)對(duì)于自+z方向照射的電磁波呈現(xiàn)頻率選擇表面特性，其在低頻處表現(xiàn)為低通，在較高頻處表現(xiàn)為帶通，而在中間頻段上表現(xiàn)為完全反射。因此，在表面波導(dǎo)的低通與帶通頻帶內(nèi)，天線整體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為完全透明狀態(tài)，從而能夠降低所述天線的RCS；在完全反射頻帶內(nèi)，表面波導(dǎo)表現(xiàn)為理想電導(dǎo)體(PEC)，從而使得超表面吸收器部分發(fā)生工作進(jìn)而吸收掉照射進(jìn)來的電磁波，實(shí)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于表面波波導(dǎo)與超表面吸收器復(fù)合結(jié)構(gòu)的端射天線，其特征在于，包括超表面吸收器部分、輻射貼片天線部分、表面波波導(dǎo)部分和饋電部分；所述超表面吸收器部分包括周期排列的電阻加載的方形環(huán)單元和上層介質(zhì)基板(1)；每個(gè)電阻加載的方形環(huán)單元包括方形環(huán)貼片(2)和四個(gè)加載電阻(3)；所述輻射貼片天線部分包括帶狀輻射貼片(4)和三個(gè)寄生帶狀反射器貼片(5)；所述帶狀輻射貼片(4)和所述寄生帶狀反射器貼片(5)均印刷在中間層介質(zhì)基板(6)的上表面；表面波波導(dǎo)部分包括底層介質(zhì)基板(8)和工字形周期單元；工字形周期單元中每個(gè)工字形單元包括上層方形貼片(7)和下層方形貼片(9)以及貫穿底層介質(zhì)基板(8)的圓柱金屬探針(11)；所述饋電部分包括饋電金屬探針(10)、SMA接頭(12)和短路金屬探針(13)；所述方形環(huán)貼片(2)和所述加載電阻(3)均位于上層介質(zhì)基板(1)的上表面；所述帶狀輻射貼片(4)和所述寄生帶狀反射器貼片(5)均位于中間層介質(zhì)基板(6)的上表面；所述工字形單元的上層方形貼片(7)位于中間層介質(zhì)基板(6)的下表面；所述中間層介質(zhì)基板(6)的下表面與底層介質(zhì)基板(8)的上表面重合；所述工字形單元的下層方形貼片(9)位于底層介質(zhì)基板(8)的下表面；所述上層介質(zhì)基板(1)和中間層介質(zhì)基板(6)之間存在有空氣間隙；所述工字形的圓柱金屬探針(11)穿透底層介質(zhì)基板(8)并連接工字形單元的上層方形貼片(7)和下層方形貼片(9)；所述SMA接頭(12)位于底層介質(zhì)基板(8)的下表面；所述饋電金屬探針(10)穿透中間層介質(zhì)基板(6)和底層介質(zhì)基板(8)并連接帶狀金屬貼片(4)和SMA接頭(12)；所述短路金屬探針(13)穿透中間層介質(zhì)基板(6)和底層介質(zhì)基板(8)并連接帶狀金屬貼片(4)和工字形單元的下層方形貼片(9)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于表面波波導(dǎo)與超表面吸收器復(fù)合結(jié)構(gòu)的端射天線，其特征在于，包括超表面吸收器部分、輻射貼片天線部分、表面波波導(dǎo)部分和饋電部分；所述超表面吸收器部分包括周期排列的電阻加載的方形環(huán)單元和上層介質(zhì)基板(1)；每個(gè)電阻加載的方形環(huán)單元包括方形環(huán)貼片(2)和四個(gè)加載電阻(3)；所述輻射貼片天線部分包括帶狀輻射貼片(4)和三個(gè)寄生帶狀反射器貼片(5)；所述帶狀輻射貼片(4)和所述寄生帶狀反射器貼片(5)均印刷在中間層介質(zhì)基板(6)的上表面；表面波波導(dǎo)部分包括底層介質(zhì)基板(8)和工字形周期單元；工字形周期單元中每個(gè)工字形單元包括上層方形貼片(7)和下層方形貼片(9)以及貫穿底層介質(zhì)基板(8)的圓柱金屬探針(11)；所述饋電部分包括饋電金屬探針(10)、SMA接頭(12)和短路金屬探針(13)；所述方形環(huán)貼片(2)和所述加載電阻(3)均位于上層介質(zhì)基板(1)的上表面；所述帶狀輻射貼片(4)和所述寄生帶狀反射器貼片(5)均位于中間層介質(zhì)基板(6)的上表面；所述工字形單元的上層方形貼片(7)位于中間層介質(zhì)基板(6)的下表面；所述中間層介質(zhì)基板(6)的下表面與底層介質(zhì)基板(8)的上表面重合；所述工字形單元的下層方形貼片(9)位于底層介質(zhì)基板...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程友峰，邵維，丁霄，金富隆，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51