基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线，设置有带金属覆层的介质基板、超薄宽带吸波材料层和带状线‑槽线巴伦；上层介质基板上表面和下层介质板下表面的金属覆层内侧印制辐射渐变槽线，外侧对称开槽；超薄宽带吸波材料层分别覆盖在金属覆层外侧边缘开槽上；带状线‑槽线巴伦印制在两片介质基板之间用于给辐射渐变槽线馈电。本发明专利技术实现了对天线辐射体外边缘反向和杂散干扰电流的有效抑制，进而实现驻波和方向图性能的提升；与同尺寸的宽带槽线天线相比，天线在10个倍频程上保持良好的辐射特性，尤其在低频段具有明显优势；本发明专利技术同步消除了端射类天线上散射最强的边缘绕射和尖顶绕射，达到雷达截面减缩的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
，尤其涉及一种基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线。
技术介绍
目前，天线作为射频信号发射与接收装置，被广泛应用于宽带通信与微波探测系统中。由于宽带工作和隐身的需要，小型化超宽带低RCS天线设计是该领域的一个重要研究方向。锥削槽线天线作为一种端射式行波天线，具有宽频带、方向图对称、易于印制、低RCS等优点，被广泛应用于超宽频带无线通信、宽频带相控阵雷达、宽带被动频谱信号侦测和射电天文等领域。锥削槽线天线包含多种天线形式。其中一种典型是指数锥削槽线天线(又称为Vivaldi天线)，这种天线结构具有非常宽的工作带宽。但当最低工作频率较低时，槽线天线尺寸较大，RCS也相对较大，限制了其在隐身平台的应用。因此，需要对天线实现小型化设计，并有效减小天线的RCS。单纯减小天线尺寸，在低频段天线性能较差甚至无法应用。其原因在于天线尺寸小型化时，由于天线槽线末端开口尺寸相对波长较小时，馈电能量即使经过槽线的末端，也未能有效辐射出去。因此，能量会形成反射，且在天线外边缘形成反向电流，这种反射和反向电流使天线的方向图与驻波恶化。对此问题，已有人提出在天线外边缘开槽的方式进行改进，即通过外边缘开槽增大天线电流的路径，使其逐步衰减。但因为该部分电流仍然会产生辐射，会造成天线在个别频点的恶化，如驻波恶化和方向图恶化，因此较难控制在全频段的特性。并且这些开槽还会引入大量的边缘绕射，从而造成端射角域范围内RCS的增大，恶化端射类天线的隐身性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线，旨在解决现有小型化槽线天线外边缘电流引起宽带性能不稳定，驻波和方向图在个别频点恶化，以及侧边开槽后RCS增大，隐身性能下降的问题。本专利技术是这样实现的，一种基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线，所述基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线设置有带金属覆层的介质基板、超薄宽带吸波材料层和带状线-槽线巴伦；上层介质基板上表面和下层介质板下表面的金属覆层内侧印制辐射渐变槽线，外侧对称开槽；超薄宽带吸波材料层分别粘接在介质基板上下金属覆层外侧边缘开槽上；带状线-槽线巴伦印制在两片介质基板之间，巴伦一端与馈电系统借助SMA接头连接，另一端经过槽线根部，经过耦合后给辐射渐变槽线馈电。进一步，所述上层介质基板上表面和下层介质板下表面的金属覆层内侧印制有指数渐变槽线、槽线终端的圆形反射腔；外侧边缘刻蚀有周期性矩形窄槽。进一步，所述边缘开槽的上面覆盖超薄宽带吸波材料层；所述超薄宽带吸波材料层吸波材料覆盖介质基板上下金属覆层轴向末端边缘和边缘开槽，天线的端射边和侧边。本专利技术提供的基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线，涉及一种小型化、低RCS、超宽带的指数渐变槽线天线，适用于超宽带通信、超宽带雷达与宽带信号被动侦测等领域中。本专利技术用于超宽带(UWB)通信系统，提供10个倍频左右的通信带宽。基于本专利技术的天线单元组阵后用于超宽带雷达系统，提供10个倍频左右的收发带宽，且天线的隐身性能良好。如图4所示，加载吸波材料以后，一方面，对于辐射而言，吸波材料可以吸收边缘开槽3上的电流，天线在低频段驻波比改善效果明显，同时避免个别频点辐射方向图的恶化。相对如图5的所示的未加载天线增益计算结果，如图6所示加载吸波材料以后天线的轴向增益稳定，且正负30度波束边缘电平平滑稳定，方向图在整个频带上性能稳定良好。另一方面，对于散射而言。吸波材料覆盖了端射天线散射最强的端射边和侧边，有效降低了在很宽频带上天线在主要端射角域上的RCS。如图7所示，通过加载吸波材料，天线的端射边缘、顶角和侧边散射被有效抑制，天线在θ∈[-30°，+30°]，φ＝[-45，+45°]的单站RCS平均值在2-18GHz的大部分范围内均有降低。θ，φ为单站RCS观察角度和天线对称轴线的夹角。θ∈[-30°，+30°]，φ＝[-45，+45°]，覆盖了该类天线实际应用中最主要的端射威胁角域。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1、本专利技术为基于吸波材料加载的小型化宽带槽线天线，其在10个倍频程的频率范围内有良好的辐射特性，与同尺寸的一般宽带槽线天线在低频段相比具有明显的优势。2、本专利技术采用侧边开槽加载吸波材料的方式，通过开槽引导电流流向，并经加载吸波材料的反复吸收，避免不开槽时底层金属对吸波材料的短路。3、本专利技术采用加载吸波材料的方式，吸波材料可以吸收边缘反向流动电流，实现有效抑制反向和杂散干扰电流，进而实现驻波和方向图性能的提升。天线E面和H面方向图在很宽的频带基本保持等波束宽度，对称性良好。4、本专利技术采用吸波材料覆盖了天线的两侧边缘、端射边直线边缘和四个顶角，消除了端射类天线上散射最强的边缘绕射和尖顶绕射，达到RCS减缩的目标。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线结构示意图；图中：1、介质基板；2、指数渐变槽线；3、边缘开槽；4、超薄宽带吸波材料层；5、带状线-槽线巴伦；6、圆形反射腔。图2是本专利技术实施例提供的图1的侧视图。图3是本专利技术实施例提供的图1的俯视图。图4是本专利技术实施例提供的天线侧边开槽与加载吸波材料前后的驻波比-频率对比图。图5是本专利技术实施例提供的加载吸波材料前后的增益-频率对比图。图6是本专利技术实施例提供的加载吸波材料前后的RCS-频率对比图。图7是本专利技术实施例提供的加载和不加载吸波材料天线的单站RCS在2-18GHz范围内的对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的结构作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例的基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线包括：天线辐射装置、边缘开槽装置、吸波装置和宽带馈电装置；介质基板1、指数渐变槽线2、边缘开槽3、超薄宽带吸波材料层4、带状线-槽线巴伦5、圆形反射腔6。所述天线辐射装置是由印制在两块介质基板1上下金属覆层内侧的指数渐变槽线2、槽线终端的圆形反射腔6组成；所述边缘开槽3装置位于两块介质基板1上下金属覆层外侧，所述吸波装置是由分别覆盖在介质基板1上下金属覆层外侧边缘开槽3的超薄宽带吸波材料层4组成；所述宽带馈电装置是由印制在两片介质基板1之间的带状线-槽线巴伦5，用于给辐射体馈电。天线辐射时，由馈电端口进入的能量经过巴伦5耦合到锥削槽线3根部，并沿槽线轴线方向不断传播和辐射。高频段能量在槽线较窄部位辐射。低频段能量在槽线较宽部位辐射。在天线小型化设计中，当天线槽线末端尺寸小于半波长时，不能被有效辐射的低频段能量一部分在末端被反射返回，造成驻波比恶化；另一部分在天线外边缘形成强烈的反向电流，这些电流辐射后带来方向图的严重恶化。若单纯在介质基板1上下金属覆层外侧边缘开槽，可以引导电流做反复横向流动，并逐步衰减。但这种方法的局限在于一方面边缘开槽3无法抑制造成驻波恶化的末端被反射能量，另一方面边缘开槽3上的电流仍然会形成辐射，在某些特殊频点，该辐射对方向图形成较大扰动，方向图特性恶化。此外这些边缘开槽3形成了大量散射，造成RCS控制的困难。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线，其特征在于，所述基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线设置有带金属覆层的介质基板、超薄宽带吸波材料层和带状线‑槽线巴伦；上层介质基板上表面和下层介质板下表面的金属覆层内侧印制辐射渐变槽线，外侧对称开槽；超薄宽带吸波材料层分别覆盖在介质基板上下金属覆层外侧边缘开槽上；带状线‑槽线巴伦印制在两片介质基板之间用于给辐射渐变槽线馈电。

【技术特征摘要】
1.一种基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线，其特征在于，所述基于开槽和吸波材料的小型化低雷达截面宽带槽线天线设置有带金属覆层的介质基板、超薄宽带吸波材料层和带状线-槽线巴伦；上层介质基板上表面和下层介质板下表面的金属覆层内侧印制辐射渐变槽线，外侧对称开槽；超薄宽带吸波材料层分别覆盖在介质基板上下金属覆层外侧边缘开槽上；带状线-槽线巴伦印制在两片介质基板之间用于给辐射渐变槽线馈电。2.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏飞，李界人，赵淑芬，何森，周琦，刘辉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61