[發明專利]基于非周期性分布電阻加載的低散射超寬帶共形相控陣

有效

• 申請號: 202110314412.2
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113067139B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 楊仕文;張哲晨;黃明;陳益凱;屈世偉;胡俊
• 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;H01Q9/16;H01Q17/00;H01Q21/00;H01Q21/06
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 張秀敏

本發明公開了一種基于非周期性分布電阻加載的低散射超寬帶共形相控陣天線，它完全共形于圓柱表面，在6?18GHz的寬頻帶范圍內實現了E面以及H面±45°掃描。通過在相控陣上加載由鏤空偶極子金屬圖案以及貼片電阻構成的電磁吸波器，有效抑制共形相控陣散射特性的同時，基本不影響相控陣的輻射效率。最后，貼片電阻阻值呈現的非周期性變化進一步縮減了共形相控陣的RCS，將共形相控陣的散射特性抑制在極低的水平。

技術領域

本發明屬于天線工程技術領域，特別涉及共形、低散射超寬帶寬角掃描相控天線陣系統，具體來說是一種基于強互耦效應的，加載了非周期性電磁超材料的，共形于圓柱載體的，散射特性良好，能實現超寬帶寬角掃描的相控天線陣。特別適用于要求天線隱身性能良好且與平臺共形一體化，并能實現超寬帶寬角掃描的平臺。

背景技術

隨著信息化戰爭的日漸發展，尤其是雷達探測技術的飛速進步，隱身技術在現代電子戰爭中占有越來越重要的地位。雷達散射截面(Radar Cross Section)，簡稱為RCS，是衡量被探測目標隱身性能的重要指標。雷達散射截面的大小直接決定了被探測目標的隱身性能，天線作為載體平臺的強散射源之一，對其RCS有著巨大的影響。而天線作為有源目標，在對其進行隱身處理時必須保證其能夠正常地收發電磁波，因此常規的隱身手段無法直接作用于天線。傳統的寬帶相控陣由于在設計陣元時不考慮單元間的互耦，因此組陣后在較大程度上影響相控陣工作帶寬。而且，具有寬頻帶特性的傳統相控陣單元一般都具有較大的橫向或縱向尺寸。橫向尺寸太大，則影響相控陣列的寬帶寬角掃描特性；縱向尺寸太大，則不適合平面結構的實現，不便于共形。且在某些載體上，要求相控陣天線實現與載體的共形一體化。

基于強互耦效應的寬帶相控陣是近年來國際上提出的一種新概念相控陣天線，相較于傳統相控陣，這種單元緊密排列的新型相控陣天線更適用于小型化以及寬帶寬角掃描特性的設計。2003年，俄亥俄州立大學的B.Munk教授在美國專利號6512487專利“寬帶相控陣及相關技術”(Wideband Phased Array Antenna and Associated Methods)中首次提出了這種新型的寬帶相控陣。其特點是通過縮小距離，加強耦合，直接利用單元間的強互耦效應形成連續電流，克服了互耦效應對天線帶寬和掃描角的限制。經過近年的研究表明：強互耦寬帶相控陣天線具有非常好的超寬頻帶特性，較傳統相控陣天線更寬的無柵瓣掃描角，此外，它還具有低剖面，且整體呈平面結構，易于與飛行器等載體實現共形，對載體整體氣動性能影響很小等特點。然而這種強互耦相控陣依舊存在著天線剖面較高，二維掃描效果差等缺點。同時該團隊也并未對天線散射特性加以研究或進行控制，因此天線本身并不具有低RCS特性。

為了進一步優化強耦合天線陣的輻射性能以及對其散射性能進行控制，一些改進形式的強耦合天線陣被提出。中國專利申請號為201710509295.9的專利“基于極化轉換材料的低剖面低RCS超寬帶寬角掃描強互耦相控陣天線”在強耦合天線陣的地板上方放置具有極化旋轉效應的超材料來縮減天線的RCS，具有一定的效果。但該結構為了不影響天線的輻射性能，只適用于天線工作頻帶外的RCS縮減。

Stefan Varault于2017年在IEEE Transactions on Antennas and Propagation期刊發表了一篇題為“RCS Reduction with a Dual polarized self-ComplementaryConnected Array Antenna“的文章。這篇文章提出了一種雙極化棋盤狀自互補天線的電路模型，利用該電路模型快速優化陣列單元的反射系數，最終設計出一款實現超寬帶低散射特性的相控陣。但該篇文章在優化天線的散射時，只考慮了天線的模式項散射，并未對天線的結構項散射有具體的分析。此外設計者沒有為這款天線設計出合適的饋電結構，僅考慮了理想情況下的天線輻射特性。因此該款天線的工程實現仍是一大挑戰。

對于共形相控陣的研究主要集中于窄帶或者固定波束陣列，其中以微帶貼片天線為典型代表。對于超寬帶電掃描共形相控陣陣的研究很少被報道，尤其是對于天然具有低剖面特性的強耦合相控陣天線。