[發明專利]可動態調控散射性能的低RCS編碼超表面天線及其設計方法

有效

• 申請號: 202110102410.7
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112928484B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 陳妍;何小祥;楊陽;胡恒燕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q21/00;H01Q21/06;H01Q1/38;H01Q1/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.一種可動態調控散射性能的低RCS編碼超表面天線，其特征在于，包括超表面天線、同軸饋電層、直流偏饋層、多個同軸金屬饋電柱以及多個偏置金屬饋電柱，超表面天線包括第一介質層以及設置在其頂部的矩形金屬貼片層、底部的金屬背板層，同軸饋電層包括第二介質層以及印制在其下表面的同軸饋電網絡，直流偏饋層包括第三介質層以及印制在其下表面的直流偏饋網絡，超表面天線、同軸饋電層、直流偏饋層依次無縫層疊壓合在一起；

矩形金屬貼片層包括陣列排布的多個金屬貼片單元，每個金屬貼片單元包括左右對稱開槽的矩形環及設置在矩形環內的矩形貼片，左右對稱開槽的矩形環通過鑲嵌在開槽處的開關二極管相連接，矩形貼片通過開關二極管與矩形環相連接；其中，開槽后矩形環的上半部中心位置為偏置金屬饋電柱的所在位置，矩形貼片與同軸金屬饋電柱相連接；

同軸饋電網絡采用Wilkinson功分器模型設計，用于給超表面天線中的金屬貼片單元進行同軸饋電；

多個同軸金屬饋電柱與陣列排布的多個金屬貼片單元一一對應，在貫穿超表面天線以及第二介質層后接地，同時連接同軸饋電網絡；

多個偏置金屬饋電柱自矩形金屬貼片層貫穿至第三介質層后接電源正極，同時連接直流偏饋網絡給超表面天線中的開關二極管供電；

金屬背板層上設有多個與同軸金屬饋電柱、偏置金屬饋電柱所在位置一一對應的孔洞，用于與同軸金屬饋電柱、偏置金屬饋電柱進行隔離。

2.根據權利要求1所述的一種可動態調控散射性能的低RCS編碼超表面天線，其特征在于，所述的第一介質層、第二介質層、第三介質層均采用F4B聚四氟乙烯玻璃布紙材料，介電常數為2.65，損耗角正切為0.001。

3.根據權利要求1所述的一種可動態調控散射性能的低RCS編碼超表面天線，其特征在于，所述矩形金屬貼片層、金屬背板層、同軸饋電網絡以及直流偏饋網絡均采用銅材料。

4.一種權利要求1至3中任一所述的可動態調控散射性能的低RCS超表面天線的設計方法，其特征在于，包括步驟如下：

1)計算金屬貼片單元的理論尺寸；

2)在超表面天線下方采用同軸饋電方式，根據同軸饋電點位置的計算公式推導出同軸金屬饋電柱的初步位置，并通過仿真優化出最佳位置；

3)調整矩形環的尺寸和開槽位置，使得天線陣在二極管通與斷狀態下交叉極化的散射相位能夠滿足180°±37°的相位差；

4)基于矩形金屬貼片層表面的電流分布、同軸饋電端口的阻抗匹配情況，調整矩形貼片、矩形環的尺寸，對天線陣的輻射特性進行調整與優化；

5)根據金屬貼片單元的排布方式，采用Wilkinson功分器模型設計同軸饋電網絡；

6)設計直流偏饋網絡以給開關二極管供電；

7)將所述的超表面天線、同軸饋電網絡以及直流偏饋網絡結合起來，進行聯合仿真優化。

5.根據權利要求4所述的可動態調控散射性能的低RCS超表面天線的設計方法，其特征在于，所述的步驟1)中的金屬貼片單元的理論尺寸計算公式為：其中，c為真空中光的傳播速度，f為指定的天線諧振點頻率，ε_r為第一至第三介質層的相對介電常數，h為第一介質層的厚度，W為金屬貼片單元輻射邊中矩形貼片的寬度，L為金屬貼片單元中矩形貼片的長度，ΔL為金屬貼片單元中矩形貼片的長度的擴展量，ε_e為有效介電常數，λ_e為矩形金屬貼片層的波導波長。

6.根據權利要求4所述的可動態調控散射性能的低RCS超表面天線的設計方法，其特征在于，所述步驟2)中的同軸饋電點位置的計算公式為：其中，W為金屬貼片單元中矩形貼片的寬度，h為第一介質層的厚度，R_e為矩形貼片邊緣的輸入電阻，R_i為輸入電阻，d為同軸饋電點離矩形貼片單元中心的距離，L為金屬貼片單元中矩形貼片的長度。