[发明专利]低散射平面反射阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及平面反射阵列天线，可用于隐身武器的平台设计。

背景技术

随着信息技术的迅猛发展，现代探测设备和武器系统向智能化、高精度、远距离发展，传统的作战武器在战场上生存能力、突防和打击能力受到严重的威胁。隐身技术的出现极大地提高了武器装备的生存能力、战斗能力，尤其是纵深打击能力。隐身技术已经成为集陆、海、空、天、电磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段之一，并受到世界各国的高度重视。在现代战争中，雷达仍然是探测、识别目标的比较可靠的手段之一，研究目标的雷达特征信号控制是隐身技术研究的重点。

天线是现代武器装备上不可或缺的重要设备之一。实践证明高增益天线，如：阵列天线、反射面天线是强散射源之一，天线的雷达散射截面RCS减缩技术已是目标隐身技术领域的瓶颈技术。天线的散射与一般目标的散射不同，天线作为电磁波辐射设备，降低天线的RCS的前提是满足一定的辐射特性要求，这两者是相互矛盾的，需要一个折衷的方案。

平面反射阵列天线又称平面抛物面天线或反射阵。这种反射阵列天线体积小、重量轻，但这种天线的最大不足是散射特性强，在现代战争中应用于武器装备时，易被敌方雷达探测和发现，应用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种低散射平面反射阵列天线，以减小散射特性，满足在隐身武器装备中的应用要求。

本发明的目的是这样实现的：

一.技术原理

平面反射阵列天线的基本结构是由大量的无源谐振单元组成的周期性阵列，然后由一个馈源照射这个阵列，通过调节介质板上每个单元结构使之对于入射波实现特定相移，使得散射波在特定的方向上实现同相位，从而以笔形波束的形式发射出去。实现方法主要有改变辐射单元的尺寸、改变单元的旋转角度以及改变单元连接的相位延迟线的长度。

频率选择表面FSS是一种二维的周期阵列结构，由周期性排列的金属贴片单元或金属屏上周期性排列的开孔单元构成。FSS本身不吸收能量却能有效控制入射电磁波的传输和反射。对单元谐振频率下入射的电磁波，不同FSS分别呈现全反射和全透射特性，因此分别称为带阻型FSS或带通型FSS。FSS以其特有的频率选择性在微波、毫米波和红外以至可见光波段都有极其广泛的应用。

本发明充分利用频率选择表面的频率选择特性，与平面反射阵列天线结合，将带阻型频率选择表面设计成反射阵列天线的地板，一是在雷达工作频段内具有良好的反射特性，保证天线正常工作；二是对于带外威胁雷达波具有良好的透波特性，不产生强烈的反射，降低反射阵列天线的带外RCS。

二.天线结构

本发明的低散射平面反射阵列天线包括：馈源、上介质板、下介质板、辐射阵列和支撑架，馈源通过支撑架固定在上介质板的上方，辐射阵列印制在上介质板的正面，上介质板的背面与下介质板的正面之间采用间隙固定，其特征在于：下介质板的背面印制有频率选择表面，该频率选择表面由多个相同的中空正方形或中空圆形频率选择单元，在矩形域内以0.25-0.3λ的间隔排列而成；辐射阵列由多个中空正方形或中空圆形辐射单元，在圆域内以0.5-0.6λ的间隔排列而成。

所述的圆域内排列的每个中空正方形或中空圆形辐射单元大小不等，且按中心单元尺寸最大，周围单元尺寸逐渐减小的规律设定。

所述的中空正方形辐射单元和频率选择单元中间的孔为正方形，中空圆形辐射单元和频率选择单元中间的孔为圆形。

所述的圆域内的每个辐射单元，在垂直方向对应矩形域内的4个频率选择单元。

所述的馈源，采用矩形微带结构，包括地板、介质层和辐射贴片，辐射贴片印制在介质层的正面，金属板作为地板固定在介质层的背面。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)本发明中将频率选择表面设计成反射阵列天线的地板，集成了频率选择表面的滤波特性和微带天线辐射特性，在工作频段内保证了天线良好的辐射特性，在工作频段外，实现了低RCS的性能，达到了隐身的目的。

2)本发明中圆域内的每个辐射单元，在垂直方向对应矩形域内的4个频率选择单元，这种一对四的排列结构相比于以往技术中的一对一的排列结构，降低了RCS，减小了对辐射特性的影响。

3)本发明使用小型化的微带天线作为馈源，避免了由于馈源的遮挡导致反射阵列天线系统的增益降低；选择适当大小的微带天线的地板，减少了微带天线表面波的影响，降低了低仰角辐射的能量，提高了馈源前向增益。