【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线设计技术，具体涉及利用超构表面快速设计辐射、散射性能兼顾的阵列天线设计方法，更具体地涉及一种基于各向异性超表面的宽带低rcs圆极化天线阵设计方法。
技术介绍
1、相比线极化天线，圆极化天线具有接收辐射灵活、抗多径干扰、改善多径失真和极化失配等优点，广泛应用于卫星通信、航空航天、全球定位与雷达系统等领域。阵列天线具有波束可赋形、波束可扫描以及高增益等单个天线不具备的性能优势，在通信、雷达和导航等无线系统中均得到广泛应用。然而天线系统的强散射问题已成为制约平台整体隐身性能提高的瓶颈，此外，现代通信和雷达技术的快速发展对天线系统提出越来越高的要求，比如拓宽工作带宽等，因此宽带低rcs圆极化阵列天线设计对于无线通信领域意义重大。近些年，电磁超构表面凭借其剖面低、重量轻、易共形、成本低等优点，在天线隐身领域崭露头角，通过合理设计功能单元结构和空间排列序构，其能够实现对电磁波幅度、相位、极化的灵活调控。在传统低rcs天线设计中，通常将电磁超构表面视为一种特殊的散射体，通过将电磁超构表面作为附属结构加载于天线之上实现低rcs，这无疑增加了天线设计的成本和复杂性。此外，对于阵列天线，如何在有限的阵元间距内加载电磁超构表面，在不影响阵列天线辐射性能的同时实现阵列天线宽带rcs减缩，成为困扰天线设计者的难题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于各向异性超表面的宽带低rcs圆极化天线阵设计方法，包括以下步骤：
2、步骤1，设计各向异性第一超构表面单
3、单元100自上而下包括金属贴片1、第一介质基板2、第二介质基板3、第三介质基板4、第四介质基板5、金属地板6；
4、第一介质基板2、第二介质基板3、第三介质基板4、第四介质基板5均为长方体板，它们在水平面上的投影重合，相邻两块介质基板之间紧密接触；其中，第一介质基板2、第三介质基板4为薄板，第二介质基板3、第四介质基板5为厚板；第一介质基板2、第二介质基板3、第三介质基板4、第四介质基板5上下表面均为正方形；
5、以第一介质基板2上表面的中心为坐标原点，建立第一空间直角坐标系，垂直于纸面向外为x轴正方向，水平向右为y轴正方向，竖直向上为z轴正方向；
6、金属贴片1为矩形薄片；金属贴片1印制在第一介质基板2上，金属贴片1的中心与第一介质基板2上表面的中心在水平面上的投影重合；金属贴片1的四条边与第一介质基板2上表面的四条边分别平行且保持一定距离；
7、第四介质基板5的下方贴附金属地板6，金属地板6与第四介质基板5在水平面上的投影完全重合；
8、步骤2，将步骤1中得到的单元100绕其上表面中心水平旋转90°，得到第二超构表面单元200，以下简称为“第二单元200”，将第一单元100与第二单元200按照正交棋盘排列布阵，形成棋盘式宽带低rcs超构表面；
9、棋盘式宽带低rcs超构表面，以下简称为“超构表面”，由nx个第一区域10和nx个第二区域20正交棋盘排列构成，即形成nx×nx阵列，其中nx为正偶数；第一区域10由mx×mx个第一单元100紧密排列构成，第二区域20由mx×mx个第二单元200紧密排列构成，mx为大于等于3的自然数；
10、步骤3，在步骤2中得到的宽带低rcs超构表面中引入探针金属馈电8、缝隙金属贴片7和缝隙金属贴片9，通过控制第一区域10和第二区域20的馈电幅度和馈电相位，形成宽带低rcs圆极化阵列天线；
11、宽带低rcs圆极化阵列天线形成如下：
12、缝隙金属贴片7和缝隙金属贴片9分别印制在第一区域10和第二区域20的第三介质基板4整体的上表面，即每个区域都对应一个缝隙金属贴片7或缝隙金属贴片9；缝隙金属贴片7和缝隙金属贴片9均由一个方形贴片、四个l形贴片及传输线组合而成，缝隙金属贴片7绕其上表面中心水平逆时针旋转90°得到缝隙金属贴片9；
13、以第一区域10第三介质基板4整体的上表面的中心为坐标原点，建立第二空间直角坐标系，垂直于纸面向外为x′轴正方向，水平向右为y′轴正方向，竖直向上为z′轴正方向；
14、对于缝隙金属贴片7而言，方形贴片的中心与第一区域10的坐标原点o′在水平面上的投影重合；方形贴片中心开有十字缝隙，十字缝隙沿x′方向的缝隙向x′正负半轴延长，但两端与第一区域10的对应边界保持间距；十字缝隙沿y′方向的缝隙向y′正负半轴延长，但两端与第一区域10的对应边界保持小间距；四个l形贴片自方形贴片四个角向外延伸，先垂直于起始边延伸，形成前臂，再90度向右偏折，继续延伸，形成后臂，后臂延伸后的端部与第一区域10的对应边界保持间距，该距离根据优化结果来确定；
15、对于缝隙金属贴片7而言，传输线紧贴方形贴片前沿、x′方向十字缝隙左边一点向前加载，但与前方l形贴片保持间距；
16、同轴电缆的圆柱形馈电金属探针8自下而上穿透第三介质基板4和第四介质基板5，且与x′o′y′面上的缝隙金属贴片7相连；馈电金属探针与缝隙金属贴片7的连接位置根据优化得出。
17、在本专利技术一个实施例的第一步中：
18、金属贴片1贴片长度lp在8～13mm范围内，宽度wp在2～7.8mm范围内；第一介质基板2和第三介质基板4的边长在13～16mm范围内，厚度在0.04～0.2mm范围内；第二介质基板3和第四介质基板5的边长在13～16mm范围内，厚度在1.0～3.0mm范围内。
19、在本专利技术一个具体实施例的第一步中：
20、金属贴片1贴片长度lp为12.6mm，宽度wp为6.2mm；第一介质基板2和第三介质基板4的边长为13mm，厚度为0.075mm，其介电常数在1.0～4.0范围内；第二介质基板3和第四介质基板5的边长为13mm，厚度为1.5mm，其介电常数在2.0～4.5范围内。
21、在本专利技术另一个实施例的第二步中：nx、ny均等于2，mx、my均等于4；第一单元100和第二单元200的位置能够互换。
22、在本专利技术又一个实施例的第三步中：
23、方形贴片的边长w在6～18mm范围内；十字缝隙沿x轴长度ls在6～14mm范围内，宽度ws在0.2～2.6mm范围内，沿y轴长度ls1在6～14mm范围内，宽度ws1在0.2～2.6mm范围内；l形贴片前臂、后臂的长度l、ll在6～20mm范围内，宽度s均在1～4mm范围内；传输线沿x轴向的长度lf在3～8mm范围内；探针中心与传输线前沿的距离在1.2～4.4mm范围内。
24、在本专利技术又一个具体实施例的第三步中：
25、方形贴片的边长w为14.2mm；十字缝隙沿x轴长度ls为13.8mm，宽度ws为0.7mm，沿y轴长度ls1为9mm，宽度ws1为2mm；l形贴片前臂、后臂的长度l、ll分别为8.7mm、15mm，宽度s为2.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于各向异性超表面的宽带低RCS圆极化天线阵设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于各向异性超表面的宽带低RCS圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第一步中：
3.如权利要求2所述的基于各向异性超表面的宽带低RCS圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第一步中：
4.如权利要求1所述的基于各向异性超表面的宽带低RCS圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第二步中：Nx、Ny均等于2，Mx、My均等于4；第一单元(100)和第二单元(200)的位置能够互换。
5.如权利要求1所述的基于各向异性超表面的宽带低RCS圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第三步中：
6.如权利要求5所述的基于各向异性超表面的宽带低RCS圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第三步中：
7.如权利要求1所述的基于各向异性超表面的宽带低RCS圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第三步中：
【技术特征摘要】
1.基于各向异性超表面的宽带低rcs圆极化天线阵设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于各向异性超表面的宽带低rcs圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第一步中：
3.如权利要求2所述的基于各向异性超表面的宽带低rcs圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第一步中：
4.如权利要求1所述的基于各向异性超表面的宽带低rcs圆极化天线阵设计方法，其特征在于，第二步中：nx、...
【专利技术属性】
技术研发人员：丛丽丽，宋涛，李桐，李思佳，杨欢欢，郭泽旭，张芷昀，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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