[发明专利]用于缩减雷达散射截面的阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是一种利用结构型吸波材料减缩雷达散射截面的阵列天线，用于实现天线隐身。

背景技术

在各种飞行器中，天线作为必不可少的组成部分，其雷达散射截面RCS对飞行器整体的RCS贡献较大的问题越发突出。由于天线系统工作特点的限制，它必须保证自身电磁波的正常接收和发射，因此常规的隐身措施不可能简单地在天线隐身中获得应用。如何降低天线的RCS，使天线系统免遭对方的探测和攻击而有效地工作，不仅关系到天线本身的生存，而且影响到其载体的电磁隐身性能，进而影响到天线载体的生存。天线的散射通常包括两部分：一部分是与散射天线负载情况无关的结构项散射场，它是天线接匹配负载时的散射场，其散射机理与普通散射体的散射机理相同；另一部分则是随天线负载情况而变化的天线模式项散射场，它是由于负载与天线不匹配而反射的功率经天线再辐射而产生的散射场，这是天线作为一个加载散射体而特有的散射。在天线工作频带内对同极化的威胁雷达波要实现隐身特性，是一件极其困难的任务。此时虽然模式项散射会因为带内的良好匹配而降低，但结构项散射会因为天线的谐振而增加。由于天线的结构项散射与天线结构形式和材料有关，因此可以通过改变外形及加涂覆层等措施来降低天线的散射，同时尽量保持其辐射性能不受影响。

要求天线系统只辐射和接收我方雷达波，而不反射和散射对方探测雷达波，是很难解决的一个矛盾。目前国内外的研究，往往是根据实际要求，在一定的时域、空域和频域范围内，尽量缓和这种矛盾。因此，天线系统的隐身途径主要分为以下三个大的方面：

(1)时域隐身。在雷达不工作时设法将天线隐藏起来，而在雷达开机前将天线恢复到正常工作状态，从而实现分时制的天线系统隐身，但是，在雷达开机时就完全失去了隐身能力。

(2)空域隐身。利用斜射式行波天线阵，将天线倾斜放置，从而使其结构模式项散射的峰值移出水平方向，而其最大辐射方向可通过幅相控制仍然保持在水平方向，并通过良好的匹配来减小阵列的天线模式项散射，实现水平方向较为有效的隐身效果。但是，其在水平方向以外区域不能隐身，并且会导致增益损失。

(3)频域隐身。通过改变天线外形、采用雷达吸波材料、无源对消技术和有源对消技术实现RCS减缩，其中最常用的和最为有效的是前两种。由于低RCS隐身外形设计的理论基础是高频散射的几何光学近似，因而在高频段其很有效，但在低频段，当天线尺寸与雷达工作波长差不多甚至更小时，改变外形对RCS的影响很小，甚至会增强RCS，而且会在一定程度上恶化天线的辐射性能。对于带外雷达的隐身，目前的研究很多，例如利用一种称为频率选择表面FSS的结构来制作天线罩，将频带内的微波能量辐射透过，而将带外的功率斜向反射，从而达到天线带外RCS减缩的目的，但这类方法常常需要根据实际的外形设计复杂的共形天线罩，并给天线与天线罩之间留出一定距离，因而使天线的体积、重量和成本增大，而且减缩性能会受到安装误差的影响而不稳定，对同频带同极化的威胁雷达波无能为力，使得要在天线工作频带内对相同极化的威胁雷达波实现隐身极其困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种用于缩减雷达散射截面的阵列天线，以减缩阵列天线雷达散射截面，在保证阵列天线的体积不变的情况下，实现对垂直入射的带内和带外同极化雷达波的隐身。

实现本发明的目的技术思路是：将结构型吸波材料的吸波效果应用于电磁散射领域，实现天线雷达散射截面减缩。其整体阵列天线包括：介质板、n个微带辐射单元，128≥n≥4、接地板，微带辐射单元位于介质板的上表面，接地板位于介质板的下表面，其特征在于：相邻两个微带辐射单元之间设有结构型吸波材料，该结构型吸波材料阵列由N×M个方形金属贴片排列成矩形，N≥3，M≥3；金属贴片形成电感L，相邻金属贴片之间连接电阻，以形成电阻R，相邻金属贴片之间设有缝隙，以形成电容C，该电容C、电感L和电阻R组成RLC谐振电路，通过调整该谐振电路的频率，使其与天线的工作频率重合，实现对垂直入射表面波的吸收。

所述的金属贴片采用形状相同的正方形，其宽度W为0.05-0.5λ，λ是天线的中心工作频率对应的波长，或者采用圆形或十字交叉形或树枝形；金属贴片之间缝隙的宽度G为0.01-0.06λ。

所述的结构型吸波材料的尺寸为微带辐射单元的1.5-4倍。

所述的电阻的阻值为1-500欧姆。

所述的接地板上焊接有SMA头的法兰盘，微带辐射单元上开有贯穿介质板的过孔，SMA头的内芯通过过孔焊接在微带辐射单元上，对阵列天线进行馈电。