本發(fā)明涉及微波天線，特別是涉及一種低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線。

背景技術(shù)：

1、天線是無線通信設(shè)備的重要組成部分，其性能的提高一直是通信系統(tǒng)性能改善的重要途徑之一，也因此不斷有高性能的天線被設(shè)計(jì)出來并得到廣泛應(yīng)用。超表面天線作為一種新型的天線，近年來受到了廣泛的關(guān)注和研究。超表面天線不僅具有傳統(tǒng)天線對電磁波的收發(fā)功能，而且可以提供諸如極化轉(zhuǎn)換、頻率選擇、電磁波的吸收和散射、相位編碼等超表面對電磁波的調(diào)控功能。

2、另外，相比于線極化天線，圓極化天線具有減少多徑干擾和多徑衰落、克服由于電離層法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)造成的極化失真、降低極化失配損耗等優(yōu)勢。因此，低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化天線可以在提高通信質(zhì)量的同時(shí)提升電磁隱身的效果。

3、傳統(tǒng)的低雷達(dá)散射截面的圓極化超表面天線通常先分別設(shè)計(jì)超表面和天線，然后將二者集成。在這種設(shè)計(jì)思路下，超表面的部分對于整個(gè)天線性能的提升起到輔助作用，在設(shè)計(jì)過程中沒有真正實(shí)現(xiàn)天線和超表面領(lǐng)域的高度融合并發(fā)揮最佳效果，而且由于超表面的加入，還可能導(dǎo)致天線的口徑增大或剖面增高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可以顯著降低雷達(dá)散射截面效果的寬帶圓極化超表面天線。

2、技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的一種低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，包括4×4天線陣列層、一分十六的順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)層，所述4×4天線陣列分為四組2×2周期排布的天線子陣，每個(gè)天線子陣包含由領(lǐng)結(jié)形金屬貼片組成的天線單元，所述領(lǐng)結(jié)形金屬貼片通過第一金屬化過孔與饋電網(wǎng)絡(luò)的十六個(gè)輸出端相連。

3、其中，所述天線陣列位于頂層，饋電網(wǎng)絡(luò)位于底層，位于頂層和底層之間的中間層為金屬地層，頂層和中間層之間設(shè)有第一介質(zhì)板，中間層和底層之間設(shè)有第二介質(zhì)板，所述第一金屬化過孔穿過第一介質(zhì)板、金屬地層、第二介質(zhì)板與饋電網(wǎng)絡(luò)連接。

4、其中，所述金屬地層上設(shè)有用于穿過第一金屬化過孔的圓孔，第一金屬化過孔與金屬地層不接觸。

5、其中，所述領(lǐng)結(jié)形金屬貼片由一個(gè)圓形結(jié)構(gòu)和兩個(gè)扇形結(jié)構(gòu)拼合而成，在圓形結(jié)構(gòu)上開有“l(fā)”形槽。

6、其中，所述領(lǐng)結(jié)形金屬貼片沿陣列單元的對角線放置。

7、其中，當(dāng)所述4×4天線陣列中的四個(gè)天線子陣相對于天線陣列層的水平中心線上下左右對稱且呈棋盤形排布時(shí)，領(lǐng)結(jié)形金屬貼片作為天線的輻射單元，當(dāng)線極化入射波入射時(shí)，天線使反射的線極化波因相位相差180°而互相抵消。

8、其中，當(dāng)所述天線單元通過二維周期排布構(gòu)成無限大的超表面時(shí)，領(lǐng)結(jié)形金屬貼片作為天線的超表面單元，在特定頻段范圍內(nèi)將x或y極化入射波轉(zhuǎn)為交叉極化波。

9、其中，所述饋電網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)二階威爾金森功分器、四個(gè)90°移相器、十二個(gè)t形功分器和若干50歐姆微帶線組成，包括一個(gè)信號輸入端和四個(gè)信號輸出端，所述四個(gè)信號輸出端的輸出相位分別依次相差90°，且每一個(gè)信號輸出端均連接著兩個(gè)由t形功分器構(gòu)成的功率分配網(wǎng)絡(luò)，四個(gè)功率分配網(wǎng)絡(luò)分別為4×4天線陣列饋電。

10、其中，所述四個(gè)信號輸出端輸出信號的相位滿足逆時(shí)針0°，-90°，-180°，-270°順序旋轉(zhuǎn)關(guān)系。

11、其中，每個(gè)信號輸出端輸出信號都通過三個(gè)t形功分器等功率分配給一個(gè)天線子陣的四個(gè)天線單元。

12、有益效果：本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明所提出的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化輻射超表面天線，將天線與超表面單元的設(shè)計(jì)融合于同一種結(jié)構(gòu)中，天線剖面較低；2、由于領(lǐng)結(jié)形周期陣列的極化轉(zhuǎn)換能力及超表面天線頂層領(lǐng)結(jié)形單元的棋盤形排布設(shè)計(jì)，顯著的降低了帶內(nèi)外的雷達(dá)散射截面；3、通過合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單且具有寬帶工作特性的順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)，天線圓極化輻射軸比帶寬較寬，帶內(nèi)方向圖穩(wěn)定。

技術(shù)特征：

1.一種低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，包括4×4天線陣列層、一分十六的順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)層，所述4×4天線陣列分為四組2×2周期排布的天線子陣，每個(gè)天線子陣包含由領(lǐng)結(jié)形金屬貼片組成的天線單元，所述領(lǐng)結(jié)形金屬貼片通過第一金屬化過孔與饋電網(wǎng)絡(luò)的十六個(gè)輸出端相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，所述天線陣列位于頂層，饋電網(wǎng)絡(luò)位于底層，位于頂層和底層之間的中間層設(shè)有金屬地層，頂層和中間層之間設(shè)有第一介質(zhì)板，中間層和底層之間設(shè)有第二介質(zhì)板，所述第一金屬化過孔穿過第一介質(zhì)板、金屬地層、第二介質(zhì)板與饋電網(wǎng)絡(luò)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，所述金屬地層上設(shè)有用于穿過第一金屬化過孔的圓孔，第一金屬化過孔與金屬地層不接觸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，所述領(lǐng)結(jié)形金屬貼片由一個(gè)圓形結(jié)構(gòu)和兩個(gè)扇形結(jié)構(gòu)拼合而成，圓形結(jié)構(gòu)上開有“l(fā)”形槽。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，所述領(lǐng)結(jié)形金屬貼片沿陣列單元的對角線放置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，當(dāng)所述4×4天線陣列中的四個(gè)天線子陣相對于天線陣列層的水平中心線上下、左右對稱且呈棋盤形排布時(shí)，領(lǐng)結(jié)形金屬貼片作為天線的輻射單元。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，當(dāng)所述天線單元通過二維周期排布構(gòu)成無限大的超表面時(shí)，領(lǐng)結(jié)形金屬貼片作為天線的超表面單元。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)二階威爾金森功分器、四個(gè)90°移相器、十二個(gè)t形功分器和若干50歐姆微帶線組成，包括一個(gè)信號輸入端和四個(gè)信號輸出端，所述四個(gè)信號輸出端的輸出相位分別依次相差90°，且每一個(gè)信號輸出端均連接著兩個(gè)由t形功分器構(gòu)成的功率分配網(wǎng)絡(luò)，四個(gè)功率分配網(wǎng)絡(luò)分別為4×4天線陣列饋電。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，所述四個(gè)信號輸出端輸出信號的相位滿足逆時(shí)針0°，-90°，-180°，-270°順序旋轉(zhuǎn)關(guān)系。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，其特征在于，每個(gè)信號輸出端輸出信號都通過三個(gè)t形功分器等功率分配給一個(gè)天線子陣的四個(gè)天線單元。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低雷達(dá)散射截面的寬帶圓極化超表面天線，由頂層4×4天線陣列、中間層金屬地、底層一分十六順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)、以及三層之間的兩塊介質(zhì)板構(gòu)成；所述天線陣列由四個(gè)2×2周期排布的子陣組成，四組子陣沿天線陣列中心上下、左右對稱并呈棋盤形排布；天線陣列中每個(gè)天線單元都包含一個(gè)領(lǐng)結(jié)形金屬貼片，該貼片通過第一金屬化過孔與底層的饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連接；饋電網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)一分二的二階威爾金森功分器、四個(gè)90°移相器、十二個(gè)T形功分器和若干段50歐姆微帶線組成。本發(fā)明通過天線與超表面的融合設(shè)計(jì)，解決了低雷達(dá)散射截面的超表面天線在設(shè)計(jì)過程中，先獨(dú)立設(shè)計(jì)天線和超表面再集成帶來的天線口徑增大等問題，實(shí)現(xiàn)了寬帶的低雷達(dá)散射截面特性以及高性能的圓極化輻射特性。

技術(shù)研發(fā)人員：郭慶新,張笑鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國傳媒大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9