专利名称：基于人工电磁结构材料的高增益低雷达散射截面平板天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高增益、低RCS平板天线，特别涉及一种基于人工电磁结构材料的高增益低RCS平板天线。
背景技术：
随着飞行器雷达截面的不断减小，机载天线系统对飞行系统的雷达散射截面的贡献就变得日益突出起来，因此降低天线系统的RCS已经成为目标隐身系统中一个重要的因素。平板天线(例如微带和F-P腔天线)具有质量轻、造价低、易于共型等优点，被广泛应用与飞行器件中。因此，降低平板天线的RCS和提高平板天线的增益引起了越来越科研人员的关注和研究。然而，传统的雷达吸波材料和雷达吸波结构在降低RCS的同时也降低了天线的增益和指向性。近几年，很多基于人工电磁结构材料降低天线的RCS技术被报道。Hong-Kyu Jang等科研人员利用新型电磁带隙结构作为雷达吸波材料实现了天线RCS的缩减(H.-K.Jang, et al.Design and fabrication of a microstrip patch antenna with alow radar cross section in the X_band[J]，Smart Mater.Struct.015007 (2011)),力口载电磁带隙结构材料后，微带贴片的RCS在8.5GHz到12GHz的频带内得到了很好的缩减，在IlGHz附近，天线的RCS缩减近20分贝。因为材料在3.2GHz附近表现出很好的反射性能，所以对天线的指向性和增益影响很小，但是没有实现RCS带内缩减。Simone Genovesi等研究人员基于人工结构材料的频率选择表面实现了大角度RCS的缩减(S.Genovesi, etal.Low-Profile Array With Reduced Radar Cross Section by Using Hybrid FrequencySelective Surfaces[J]，IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL.60, N0.5，MAY2012)，但是使用人工结构材料后，天线的指向性相对原天线降低了两个分贝左右。在本专利中，使用人工电磁结构材料加载在微带贴片上；即可提高天线辐射增益，同时又可以降低天线的RCS。综上所述，现有的降低天线RCS的设计方案中，在缩减RCS的同时对天线辐射性能也会有影响；而且很难实现带内和带外宽频带的RCS缩减。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有天线RCS缩减技术中难以实现带内缩减、缩减带宽窄和对原天线增益的影响等困难；提出了一种基于人工电磁结构材料的高增益、低RCS平板天线，该设计方案不但可以提高原天线的增益，而且大幅度缩减的原天线带内和带外的RCS。本发明解决其技术问题所采用的技术方案为:一种基于人工电磁结构材料的高增益低雷达散射截面平板天线，包括正反两面具有不同反射特性的周期性人工结构材料，以及微带贴片、金属接地板和微带贴片的介质板；正反两面具有不同反射特性的周期性人工结构材料由介质基板，以及介质基板上方的吸收表面和介质板下方的部分反射表面构成；其中吸收表面由周期性的金属方环结构，以及加载在方环四边中心的集中电阻元件构成；部分反射表面是由周期性的开口缝隙金属平面结构组成；一方面，当外来电磁波照射在吸收表面时，该材料可以将外来电磁波转换成热量损耗，从而降低了天线的RCS;另一方面，微带贴片辐射波的电场极化方向平行X轴，部分反射面和微带贴片的金属接地板构成一个F-P谐振腔，能够大幅度提高天线的增益。其中，所述介质基板的介电常数为，介质基板的厚度Ii1的取值范围是Aml/20 λ ml/5,金属方环结构的周期P的取值范围是λ ml/5 3* λ ml/5,金属方环结构的宽带W1的取值范围是Xml/30 Xml/10，金属方环结构的边长b的取值范围是Xml/6 入ml/2，金属方环结构的四边中心开口宽度g的取值范围是Xml/60 Xml/10;其中Xml为
所述材料的吸波表面的吸收频段中心频率处对应的等效波长，
权利要求
1.一种基于人工电磁结构材料的高增益低雷达散射截面平板天线，其特征在于:包括正反两面具有不同反射特性的周期性人工结构材料(1)，以及微带贴片(2)、金属接地板(3)和微带贴片的介质板(4);正反两面具有不同反射特性的周期性人工结构材料(I)由介质基板(6)，以及介质基板上方的吸收表面(5)和介质板下方的部分反射表面(7)构成；其中吸收表面(5)由周期性的金属方环结构(8)，以及加载在方环四边中心的集中电阻元件(9)构成；部分反射表面(7)是由周期性的开口缝隙金属平面结构(10)组成；一方面，当外来电磁波照射在吸收表面(5)时，该材料可以将外来电磁波转换成热量损耗，从而降低了天线的雷达散射截面(RCS);另一方面，微带贴片(2)辐射波的电场极化方向平行X轴，部分反射面(7)和微带贴片的金属接地(3)板构成一个F-P谐振腔，能够大幅度提高天线的增益。
2.根据权利要求1所述的基于人工电磁结构材料的高增益低雷达散射截面平板天线，其特征在于:所述介质基板(6)的介电常数为，介质基板(6)的厚度Ii1的取值范围是Aml/20 λ ml/5,金属方环结构(8)的周期P的取值范围是λ ml/5 3* λ ml/5,金属方环结构(8)的宽带W1的取值范围是Aml/30 Aml/10，金属方环结构(8)的边长b的取值范围是Aml/6 λ ml/2，金属方环结构(8)的四边中心开口宽度g的取值范围是Xml/60 Xml/10 ；其中λπ1为所述材料的吸波表面(5)的吸收频段中心频率处对应的等效波长，
3.根据权利要求1所述的基于人工电磁结构材料的高增益低雷达散射截面平板天线，其特征在于:开口缝隙金属平面结构(10)的缝隙宽带为w2，W2的取值范围为λ m2/30(T λ m2/50 ;开口缝隙金属平面结构(10)的长度I取值范围为λ m2/6 3* λ m2/5 ;开口缝隙金属平面结构(10)缝隙之间的间距d的取值范围为入 12/15 2*入1112/5;微带贴片(2)的长和宽的取值范围为λπ2/Γλπ2;微带贴片的介质板(4)的介电常数为~2，微带贴片的介质板(4)的厚度h2的取值范围为Am2/3(TAm2/5 ;金属接地(3)的厚度h3的取值范围为λπ2/3(Γλπ2/4 ;其中λ m2为所述天线的工作频率处所对应的等效波长
全文摘要
本发明提供一种基于人工电磁结构材料的高增益低雷达散射截面平板天线，该天线由微带贴片和正反两面具有不同反射特性的周期性人工结构材料构成。该人工结构材料由介质基板，以及在基板正面制作的周期性金属方环结构和反面制作的周期性开口缝隙金属平面结构构成。正面金属方环结构的四边中心处加载了集中电阻元件。当电磁波从人工结构材料正面入射时，电磁波能量主要被吸收；当电磁波从人工结构材料反面入射时，电磁波能量主要被反射。将人工结构材料放置在微带贴片上方作为覆层，其反面作为部分反射表面和微带贴片的金属接地板构成F-P谐振腔，提高天线的辐射增益；其正面可以吸收外来入射波，降低天线的雷达散射截面。
文档编号H01Q19/00GK103078185SQ201310030029
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者黄成 , 罗先刚, 赵泽宇, 胡承刚, 潘文波 申请人:中国科学院光电技术研究所