一种新型的低雷达散射截面微带天线制造技术

本发明专利技术公开了一种新型的低雷达散射截面微带天线，该天线通过在原始的微带耦合馈电天线的微带馈线层和中间金属层刻蚀不同结构的周期金属图案构成。不同结构的周期金属图案通过交错排列，在天线工作带外具有透波特性的同时兼具宽带的相位相消作用，实现了带外宽带范围内的天线RCS减缩。该天线相对于传统的基于单一透波周期结构的低RCS微带天线极大的改善了雷达散射截面的减缩效果。

A novel microstrip antenna with low RCS

【技术实现步骤摘要】
一种新型的低雷达散射截面微带天线
本专利技术涉及微带天线
，尤其涉及一种新型的低雷达散射截面(RadarCrossSection，RCS)天线。
技术介绍
天线作为一个主动辐射源和强散射体，其隐身性能是制约战机等作战平台总体隐身性能提高的瓶颈，通过改变外形和使用雷达吸波材料等手段可以有效减缩天线的雷达散射截面积(RadarCrossSection,RCS)，但会使天线的辐射性能受到影响。天线模式项散射与天线辐射性能密切相关，因此为了保证天线的正常辐射，其RCS减缩更多的从减缩结构模式项角度出发。由于微带天线的结构特点，其带外的后向雷达散射截面可定义为：σ＝4πS2/λ，其中S为微带天线的面积大小，λ为入射电磁波的波长。可以看出，天线的后向RCS随频率的升高而变大。对于宽频带的雷达探测，高频段的强散射对于天线在整个宽带范围内的算术平均值起到了主要贡献，因此减缩高频段的RCS峰值将有助于整体RCS均值的降低。采用带阻带通特性的周期结构是一种减缩天线RCS的常用方法。将带阻型周期结构应用于天线可以减缩天线带外RCS，但是此时带阻型周期结构在工作频段以外的透射性能决定了其带外RCS的减缩效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的低雷达散射截面微带天线，以实现带外宽带范围内的天线RCS减缩。为此，本专利技术提供了一种新型的低雷达散射截面微带天线，所述天线为微带耦合馈电天线，由具有辐射贴片的上层、具有条形缝隙的中间金属层和具有微带馈线层的下层组成，其中，微带馈线层的微带线通过中间金属层上的条形缝隙给天线馈电，其中，所述微带馈线层和中间金属层刻蚀有不同结构的周期金属图案，不同结构的周期金属图案通过交错排列，在天线工作带外具有透波特性的同时兼具宽带的相位相消作用，实现了带外宽带范围内的天线RCS减缩。进一步地，上述中间金属层上刻蚀的周期金属图案为Minkovski分形金属环，所述微带馈线层上刻蚀的周期金属图案为方形金属片，每个所述Minkovski分形金属环的参数尺寸相同，每个所述方形金属片的参数尺寸相同。进一步地，在上述新型的低雷达散射截面微带天线中，将所述中间金属层分为9*9个正方形区域，正中央的3*3个正方形区域和由此到达中间金属层边边沿且居中布置的1*3个长方形区域的金属层保留，其余每个正方形区域刻蚀Minkovski分形金属环。将所述微带馈线层分为9*9个正方形区域，除微带线所在边外，其余三边的居中3*3个正方形区域中，每个正方形区域居中刻蚀方形金属片，且在所述微带线左右两侧沿其长度延伸的1*3个正方形所组成的长方形区域中，每个正方形区域居中刻蚀方形金属片。其中，每个方形金属片对应布置在每个Minkovski分形金属环的正中位置。进一步地，在上述新型的低雷达散射截面微带天线中，上层的参数尺寸为：边长57.6mm的正方形；所述辐射贴片的参数尺寸为13.8mm*10mm，所述中间金属层的条形缝隙的参数尺寸为8mm*0.7mm，所述下层的微带线的参数尺寸为0.94mm*32mm。所述Minkovski分形金属环的参数尺寸为：边长l1＝6.2mm，线宽w＝0.2mm，每个凹部结构的长度a1＝1.4mm，每个凹部结构的边距a2＝1.0mm，每个所述方形金属片的参数尺寸相同：边长l2＝4mm。进一步地，上述天线采用介电常数为4.5，损耗角正切为0.02的介质板，整个天线介质板厚度为3.5mm，其中，中间金属层与下层微带馈线层的厚度为0.5mm。进一步地，上述天线的谐振中心频率在5.21GHz处，工作频带范围为5.08-5.46GHz。本天线通过在原始的微带耦合馈电天线的微带馈线层和中间金属层刻蚀不同结构的周期金属图案构成。不同结构的周期金属图案通过交错排列，在天线工作带外具有透波特性的同时兼具宽带的相位相消作用，实现了带外宽带范围内的天线RCS减缩。该天线相对于传统的基于单一透波周期结构的低RCS微带天线极大的改善了雷达散射截面的减缩效果。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1a和图1b给出了设计的两种金属结构及参数尺寸；图2a是工作在5.25GHz的原始微带天线示意图；图2b是加载两种结构后的天线示意图；图3示出了加载周期结构前后微带天线的反射系数；图4a和图4b是谐振频点处加载周期结构前后微带天线在xoz和yoz面的辐射方向图；图5a示出了原始天线、天线加载结构1、天线加载两种结构在垂直入射条件下的后向散射随频率变化的曲线；图5b给出了天线在垂直入射条件下在13.8GHz处的双站RCS扫角曲线；以及图6示出了微带耦合馈电天线的层状结构。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本专利技术将原始的微带耦合馈电天线的微带馈线层和中间金属层刻蚀不同结构的周期金属图案，不同结构的周期金属图案通过交错排列，在天线工作带外具有透波特性的同时兼具宽带的相位相消作用，实现了带外宽带范围内的天线RCS减缩。该天线相对于传统的基于单一透波特性周期结构的低RCS微带天线极大的改善了雷达散射截面的减缩效果。图1a和图1b给出了设计的两种金属结构及参数尺寸。结构1是Minkovski分形金属环，结构2方形金属片，具体的参数尺寸为：l1＝6.2mm，l2＝4mm，a1＝1.4mm，a2＝1.0mm，w＝0.2mm。设计的一个工作在5.25GHz的原始微带天线，如图2a和图6所示。该天线为微带耦合馈电天线，采用孔径耦合馈电方式，包括具有辐射贴片11的上层10、具有条形缝隙的中间金属层20和具有微带馈线层31的下层30，利用微带线通过中间金属层上的条形缝隙给天线馈电。所述上层的参数尺寸为：边长57.6mm的正方形；所述辐射贴片的参数尺寸为13.8mm*10mm，所述中间金属层的条形缝隙的参数尺寸为8mm*0.7mm，所述下层的微带线的参数尺寸为0.94mm*32mm。天线采用介电常数为4.5，损耗角正切为0.02的介质板，整个天线介质板厚度为3.5mm，其中中间条形缝隙层与下层微带馈线层的厚度为0.5mm。为了实现更好的天线RCS减缩，在天线中间条形缝隙层刻蚀结构1，在下层微带馈线层刻蚀结构2。传统孔径耦合微带天线辐射贴片下方和馈电线上方的电场是垂直于金属接地板的，因此为了保证天线的辐射性能，在天线中间条形缝隙层刻蚀结构1后天线的辐射贴片下方和馈电线上方仍然保留一部分金属区域以便于更好的保证准TEM模式的正常传播，具体的周期结构与天线的一体化设计方案示意图如图2b所示。上述天线的具体尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的低雷达散射截面微带天线，其特征在于，所述天线为微带耦合馈电天线，由具有辐射贴片的上层、具有条形缝隙的中间金属层和具有微带馈线层的下层组成，其中，微带馈线层的微带线通过中间金属层上的条形缝隙给天线馈电；/n其中，所述微带馈线层和中间金属层刻蚀有不同结构的周期金属图案，不同结构的周期金属图案通过交错排列，在天线工作带外具有透波特性的同时兼具宽带的相位相消作用，实现了带外宽带范围内的天线RCS减缩。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型的低雷达散射截面微带天线，其特征在于，所述天线为微带耦合馈电天线，由具有辐射贴片的上层、具有条形缝隙的中间金属层和具有微带馈线层的下层组成，其中，微带馈线层的微带线通过中间金属层上的条形缝隙给天线馈电；
其中，所述微带馈线层和中间金属层刻蚀有不同结构的周期金属图案，不同结构的周期金属图案通过交错排列，在天线工作带外具有透波特性的同时兼具宽带的相位相消作用，实现了带外宽带范围内的天线RCS减缩。


2.根据权利要求1所述的新型的低雷达散射截面微带天线，其特征在于，所述中间金属层上刻蚀的周期金属图案为Minkovski分形金属环，所述微带馈线层上刻蚀的周期金属图案为方形金属片，每个所述Minkovski分形金属环的参数尺寸相同，每个所述方形金属片的参数尺寸相同。


3.根据权利要求2所述的新型的低雷达散射截面微带天线，其特征在于，在所述中间金属层上刻蚀Minkovski分形金属环的方法包括：将所述中间金属层分为9*9个正方形区域，正中央的3*3个正方形区域和由此到达中间金属层边边沿且居中布置的1*3个长方形区域的金属层保留，其余每个正方形区域刻蚀Minkovski分形金属环。


4.根据权利要求3所述的新型的低雷达散射截面微带天线，其特征在于，在微带馈线层上刻蚀方形金属片的方法包括：将所述微带馈线层分为9*9个正方形区域，除微带线所在边外，其余三边的居中3*3个正方形区域中，每个正方形区域居中刻蚀方形金属片，且在所述微带线左右两侧沿其长度延伸的1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文强，李燕南，肖志文，吴吉祥，张明亮，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军通信士官学校，
类型：发明
国别省市：辽宁;21