[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

本發明公開了一種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，天線陣包含：可動態調控散射性能的矩形金屬貼片層、第一介質層、金屬背板層、第二介質層、用于給天線陣列饋電的同軸饋電網絡、第三介質層以及底部直流偏饋網絡，依序將上述所有結構層無縫壓合在一起；多個同軸金屬饋電柱貫穿至同軸饋電網絡負責接地；多個偏置金屬饋電柱貫穿至直流偏饋網絡負責接電源正極。本發明基于相位相消的原理，通過改變開關二極管的“1”通與“0”斷狀態，改變動態散射金屬層的散射相位，進而在保證天線輻射性能的同時，通過隨機給不同單元通電實現天線整體的RCS減縮，達到隱身的目的。

技術領域

本發明屬于微波天線技術領域，具體指代一種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。

背景技術

為了提高各類武器裝備在當今這種復雜多變的信息化戰爭中的生存以及競爭能力，就必須著力于研究其隱身技術。天線作為一個特殊的強散射體，單單用常規的降低雷達散射截面積的方法很難有效保證不影響其正常的輻射性能。如何有效減縮天線的RCS一直都是軍用雷達探測系統設計的難點問題。同時傳統天線設計完成之后其輻射以及散射特性基本固定不變，只能適用于單一的工程應用系統，無法適應如今波譎云詭的戰爭形勢。

編碼超表面的概念是由東南大學崔鐵軍教授課題組于2014年首次提出，他們將數字電路中“0”和“1”的設計思想引入到超表面的設計當中，以1比特為例，通過用“0”和“1”編碼分別命名相位相差180^°的兩個單元，使得超表面的設計更加靈活。傳統天線在設計完成之后其輻射性能以及散射特性基本固定不變，只能適用于單一的工程應用系統。且現有的編碼超表面技術大都研究的是超表面結構的RCS減縮，并沒有結合天線綜合分析。因此，基于編碼超表面以及超表面天線的思想，對于天線的輻射特性以及RCS的縮減特性分別進行研究，在保證天線輻射性能基本不受影響的同時，呈現出動態調控天線散射性能的效果，對于天線系統能夠適應未來復雜多變的戰場形勢具有重要意義。

期刊文獻：Z.Lin,Z.X.Shen.Absorptive Coding Metasurface WithUltrawideband Backscattering Reduction[J].IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,vol.19,No.7,pp.1201-1205,July 2020；文獻結合了吸波以及相位相消兩個常見縮減RCS的思想，通過獨立設計一層編碼超表面和一層吸波體，分別作用于減少高頻和低頻的后向散射。在編碼超表面層和吸波體之間用高頻反射頻率選擇表面作為等效地，同時避免了高頻諧波共振帶來的不利影響。該結構在1.85-19.2GHz范圍內RCS都實現了縮減的效果，但是并沒有結合天線分析。

期刊文獻：C.Zhang,J.Gao,X.Y.Cao,L.M.Xu,J.F.Han.Low ScatteringMicrostrip Antenna Array Using Coding Artifificial Magnetic Conductor Ground[J].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,vol.17,No.5,pp.869-872,May2018；該文獻先設計了兩個不同的AMC單元，然后將它們組合起來，通過編碼人工磁導體(AMC)的方式取代傳統微帶天線陣列的金屬板地。研究發現，該新型天線陣列結構的雷達截面(RCS)在6-13.4GHz頻帶范圍內都得到一定程度的縮減，尤其在10GHz下，x極化波以及y極化波垂直入射情況下分別可以得到17和16.65dB的減縮量。雖然該結構考慮了將天線地替換成編碼AMC，但是該AMC結構一旦設計出來就是固定的，只能將散射波散射至固定的方向，并不能呈現出動態的散射調控效果。

發明內容