[發明專利]一種具有高輻射效率和低散射特性的相控陣天線

有效

• 申請號: 202011591029.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112751184B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李鵬發;屈世偉;李小秋;周志鵬;孫紅兵
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q23/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

本發明公開了一種具有高輻射效率和低散射特性的貼片相控陣天線，屬于天線工程技術領域與雷達隱身技術領域。本發明采用疊層貼片增大天線帶寬；通過不同層的饋電貼片和匹配電路及設置在其間的接地板，增大電路與天線的隔離度，使二者可以獨立設計；從相控陣天線散射機理出發求解在帶內實現零后向散射的最優負載阻抗曲線，最后進行對應匹配電路的擬合設計，使天線帶內單站RCS得到顯著縮減。在單元選取與設計中，選取結構項散射較低的天線單元，或進行適當的結構項散射縮減，可以確保天線在不惡化駐波、不降低輻射效率的前提下，實現單站RCS的寬帶縮減。

技術領域

本發明屬于天線工程技術領域與雷達隱身技術領域，涉及一種具有高輻射效率和低后向散射的相控陣天線。

背景技術

飛機隱身是現代化電子戰的重要課題，而機載雷達中的相控陣天線會產生強烈的散射，已成為進一步提高飛機隱身性能的最大障礙，因此相控陣天線的RCS(雷達散射截面)縮減至關重要。目前主流的天線RCS縮減方法有以下幾種：

第一，加載材料或超材料。如在文獻“Development of a Low Radar CrossSection Antenna With Band-Notched Absorber”中提出了一種雷達吸波超材料，通過材料吸收掉散射能量，該方法通常伴隨天線增益和效率的損失，尤其是用于帶內RCS縮減時，因為在接收狀態下可以吸收散射能量的同時，吸收式材料也可以吸收輻射狀態下的輻射能量；又如文獻“A Low-Profile Wideband Tightly Coupled Dipole Array With ReducedScattering Using Polarization Conversion Metamaterial”中，在地面上鋪設對稱的極化轉換材料，使來自地面的散射波在來波方向上相互抵消。超材料的鋪設需要一定的空間，并不適用于所有天線結構，尤其是緊密排布的相控陣天線。

第二，天線結構賦形。如在文獻“Design of Vivaldi Antenna With WidebandRadar Cross Section Reduction”中，通過挖掉Vivaldi天線臂上的部分對輻射特性影響不大的金屬結構，降低其帶內RCS，但Vivaldi天線本身不帶地即可實現單向輻射，大部分相控陣天線都具有完整的金屬地板，而該方法對于處理來自地面散射的效果有限。

第三，優化天線駐波。如文獻“An Ultra-Wideband Tightly Coupled DipoleArray Co-Designed With Low Scattering Characteristics”中通過加載寬角匹配層，在優化駐波的同時，降低相控陣天線模式項散射場。然而，理論上天線的散射場為模式項和結構項散射場的矢量和，單獨降低天線駐波并不能保證總散射場的縮減，因此該方法只適用于低結構項散射的天線。

方法一、二針對的是天線的結構項散射縮減，方法三針對的是天線的模式項散射縮減，都比較片面，應用場景有限。在文獻“Finite Antenna Arrays and FSS”中，提出了通過改變天線負載，從而調整天線反射波及由此產生的模式項散射場，使模式項和結構項散射場在來波方向抵消，實現帶內單站RCS縮減的方法，然而一方面工程中可以使用的負載均為不頻變的實阻抗(常用50Ω)，而不同頻點需要的最優負載阻抗不同，因此該方法僅適用于單頻點或窄帶RCS縮減，另一方面該方法往往意味著惡化駐波及由此帶來的低增益、低系統效率。

針對以上問題，本發明提出了一種通過加載寬帶匹配網絡，在不惡化天線駐波、不降低天線輻射效率的前提下，實現帶內RCS縮減的方法，并具體設計了一種具有高輻射效率、低后向散射的相控陣天線。

發明內容

本發明在背景技術的基礎上，提出一種X波段1×32E面線陣，采用PCB加工工藝，通過電路層加載寬帶匹配網絡，天線在帶內維持-10dB以下反射系數的同時，RCS相比于直接采用50Ω負載饋電的相控陣天線，帶內法向單站RCS普遍縮減了7dB以上。