[發明專利]一種基于編碼超表面的低散射高增益法布里?珀羅諧振腔天線

在審

• 申請號: 201710039036.4
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106848598A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 崔鐵軍;張磊;劉碩
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q19/185
• 分類號: H01Q19/185;H01Q15/00;H01Q1/48
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳國強

技術領域

本發明涉及一種基于編碼超表面的低散射高增益法布里-珀羅諧振腔天線，屬于天線和人工電磁材料領域。

背景技術

近年來，如何使天線以緊湊的結構實現高定向性，已經成為天線領域的一個主要問題。傳統的相控陣可以實現高定向性輻射，但是其造價昂貴，饋電網絡復雜且損耗大。而反射陣和傳輸陣天線也可滿足高增益需求，但是一般需要外部饋源來激勵，這就導致了天線整體剖面的增加。然而，法布里-珀羅諧振腔天線憑借緊湊的結構實現高增益，引起了學者們的廣泛研究。

同時，在隱身技術和雷達探測領域，如何減小輻射天線的RCS也引起了廣泛的關注。天線作為通信系統中關鍵的設備，如何在不犧牲天線輻射性能的前提下有效地減少RCS成為一個急需解決的問題。迄今為止，已經出現很多降低目標RCS的方法，其中主要有相位對消技術、目標表面塑形、電磁帶隙或頻率選擇表面結構吸收和雷達吸波材料等。

新型人工電磁材料(亦稱超材料Metamaterials)，是將具有特定幾何形狀的宏觀基本單元周期或非周期性地排列，或者植入到基體材料體內(或表面)所構成的一種人工材料。電磁超表面和傳統意義材料的區別在于用宏觀尺寸單元代替了原來微觀尺寸單元(原子或分子)。盡管二者的單元尺寸相差很大，但是它們對外加電磁波的響應都是通過基本單元諧振系統與外加電磁場的相互作用來體現的。近年來，為了減少體超材料的厚度及構造復雜性，單層平面結構的超表面(Metasurfaces)也廣泛地用于調控電磁波。

崔鐵軍教授課題組在2014年提出了編碼超材料的概念，采用數字編碼的方式實現對電磁波的實時調控，區別于基于等效媒質理論的傳統超材料。例如，1-比特編碼超材料是兩個數字單元“0”和“1”(分別對應0和π的相位響應)按照一定的編碼序列構成；而2-比特編碼超材料是由四個數字單元“00”，“01”，“10”和“11”(分別對應0，π/2,π和3π/2的相位響應)。這種編碼超材料可以通過設計編碼序列來實現對電磁波的調控，可用于實現異常反射和異常折射，甚至可以設計隨機的相位分布，使得入射波束被隨機散射到各個方向，形成漫反射，從而有效降低目標的RCS，實現隱身。

由于編碼超材料對電磁波簡單高效地調控，本發明中采用隨機編碼分布的超表面與傳統的法布里-珀羅諧振腔天線有機地結合，在實現天線高增益輻射的同時降低天線的RCS。所以本發明具有很高的應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于編碼超表面的低散射高增益法布里-珀羅諧振腔天線，以解決傳統高增益法布里-珀羅諧振腔天線的散射問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于編碼超表面的低散射高增益法布里-珀羅諧振腔天線，該天線由上下兩層反射板構成，其中，上層反射板的上表面為編碼超表面，下表面為部分反射表面；下層反射板為由若干個工字型單元構成的反射地板；所述下層反射板的中心位置處有一個微帶貼片天線，作為激勵源。

所述上層反射板由若干個基本單元組成，每個基本單元從上至下依次由上層金屬方片、微波介質板和下層金屬方片組成，若干個上層金屬方片組成編碼超表面，若干個下層金屬方片組成部分反射表面。

所述編碼超表面是由若干個4種不同尺寸的上層金屬方片隨機排布組成。

所述部分反射表面是由若干個相同尺寸的下層金屬方片構成。

所述下層反射板為由若干個各向異性的工字型單元構成的反射地板。

有益效果：與現有技術相比，本發明的優勢在于：

1、本發明所提出的一種低散射的法布里-珀羅諧振腔天線，與傳統的法布里-珀羅諧振腔天線相比，在一個寬帶內呈現較低的RCS。

2、本發明所采用的編碼超表面具有結構簡單輕便的特點，與現有采用焊接電阻的吸波表面相比，介質板厚度較薄，且不用焊接數百個電阻。在一定程度上避免了由電阻損耗帶來的增益損失，很好地保持了天線的輻射性能。

3、本發明摒棄了傳統采用等效媒質參數對超表面及各種相應器件進行分析與設計的方案，采用離散的單元編碼形式，利于后期優化超表面的隨機編碼排布，從而獲得最佳的RCS縮減。

4、本發明同時具備結構緊湊，制造簡單，操作方便等優點，其兩層反射板采用常規的印制電路板工藝即可制作。

附圖說明

圖1a為基于編碼超表面的低散射高增益法布里-珀羅諧振腔天線的原理示意圖；

圖1b為基于編碼超表面的低散射高增益法布里-珀羅諧振腔天線的結構示意圖；

圖2a為基本單元的結構示意圖；