本发明属于天线技术领域，涉及一种低雷达散射截面的微带贴片天线，特别涉及一种通过应用带阻型频率选择表面降低雷达散射截面的微带贴片天线，既能保证天线正常的辐射特性，又能缩减天线的雷达散射截面，适用于现代隐身军事装备的雷达系统。
背景技术
1.雷达散射截面(rcs)是雷达探测领域中衡量目标可识别特性的重要参数，表征在平面电磁波照射下目标在给定方向上反射功率的强度。降低己方目标的雷达散射截面，能够大幅度削弱敌方雷达探测系统的作战半径和战斗效力，提高己方军事武器装备的战场生存能力和突防能力。因此，如何减缩目标的雷达散射截面成为决定现代复杂电磁环境中战争胜败的关键因素。隐身技术的快速发展极大地降低了现代军事武器装备的雷达散射截面。对于低可见军事平台，作为目标系统的强辐射源和强散射源，天线雷达散射截面对总体雷达散射截面的贡献最大。有效减缩阵元天线的雷达散射截面对减缩大型天线阵列系统的雷达散射截面意义重大。但是，受限于天线系统自身工作的特点，它必须保证工作频段内电磁波的正常接收和发射，这就使常规的隐身措施无法简单地运用于天线系统的隐身。因此，天线的隐身问题成为目标隐身技术领域的难点。目前，国内外还没有一种特别理想的技术途径，能够显著减缩天线雷达散射截面的同时又不影响天线正常的辐射特性。因此，发明兼顾辐射特性和散射特性的天线具有重要的工程价值和军事意义。
2.天线系统是一种特殊的散射体，其散射场包括结构项散射场和模式项散射场。前者与天线端口的负载情况无关，是指天线接匹配负载时的散射场，散射机理与普通散射体机理相同，因而称为结构项散射场。后者则是指由于负载与天线的输入阻抗不匹配，导致反射的电磁波经天线二次辐射而引起的散射场，是一种依赖于天线端口负载的散射场，因而称为模式项散射场。模式项散射场是天线不同于普通散射体而特有的散射场。
3.微带贴片天线是指在具有金属地板的介质基板上面印制或者刻蚀特定形状的金属贴片而形成的一类微波天线。微带贴片天线具有结构简单、成本低廉、剖面低、易共形和便于与有源和无源电路集成的突出优点，因此广泛应用于陆海空天各种军事通信系统。现有微带贴片天线的金属地板的尺寸通常要大于辐射贴片，导致其存在着散射特性差、雷达散射截面大的缺点。因此，研制具有低雷达散射截面的微带贴片天线具有非常重要的意义。
4.频率选择表面属于电磁超材料的范畴，由周期性排布于导电金属表面上的缝隙或者介质基板表面上的金属贴片构成。它本质上是一种空间滤波器，能够透过特定频段内的电磁波，反射特定频段外的电磁波。频率选择表面通常与传统的天线罩结合，构成频率选择表面天线罩，降低天线的雷达散射截面。但是，大曲率结构频率选择表面天线罩的加工难度高、频率选择性能差、制作费用昂贵。此外，频率选择表面天线罩还会带来电磁波信号衰减的问题，影响无线通信系统的性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述技术的缺点和不足，提出了一种基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线。
为实现上述的目的，本发明所述基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线，包括微带辐射贴片、介质基板、金属地板、同轴接头和频率选择表面。介质基板上表面印制矩形微带辐射贴片，介质基板下表面印制方形金属地板和频率选择表面。
所述基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线，其中，频率选择表面由若干周期性排布的频率选择表面单元构成，而且中间缺省数个频率选择表面单元，预留有正方形区域，用于印制金属地板，方便与同轴接头的连接。
所述基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线，其中，频率选择表面单元具有c4旋转对称性，由中心的交叉螺旋线和末端的四组h型分形线构成，以实现小型化、极化无关和大角度稳定的特性。
所述基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线，其中，频率选择表面单元的谐振频率与具有相同尺寸矩形微带辐射贴片的传统微带贴片天线的工作频率相同。
所述基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线，其中，频率选择表面单元，工作频带内呈带阻特性，入射电磁波将会被反射，而工作频带外呈带通特性，入射电磁波将会被透射。
所述基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线，其中，同轴接头的内导体与介质基板正面的微带辐射贴片连接，外导体与介质基板背面的金属地板连接，构成底部馈电结构。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明所述微带贴片天线采用带阻频率选择表面代替传统微带贴片天线的金属地板。工作频带内，频率选择表面与金属地板等效，保证天线的正常辐射特性。工作频带外，频率选择表面透过大部分入射电磁波，即相对入射电磁波几乎透明，大幅降低后向散射，显著缩减天线在宽频带范围内的雷达散射截面。此外，本发明所述微带贴片天线可避免现有频率选择表面天线罩固有的插入损耗问题。
附图说明
图1是本发明所述微带贴片天线的俯视图。
图2是本发明所述微带贴片天线的剖视图。
图3是本发明所述频率选择表面单元的示意图。
图4是本发明实施例频率选择表面单元的透射系数。
图5是本发明实施例与现有微带贴片天线的回波损耗。
图6是本发明实施例与现有微带贴片天线的辐射方向图。
图7是本发明实施例与现有微带贴片天线不同角度x极化电磁波照射下的雷达散射截面。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明实施方式不限于此。
图1和图2分别是本发明所述基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线的俯视图和剖视图，包括微带辐射贴片1、介质基板2、金属底板3、同轴接头4和频率选择表面5。介质基板2上表面印制矩形微带辐射贴片1，介质基板2下表面印制方形金属地板3和频率选择表面5。频率选择表面5由若干周期性排布的频率选择表面单元6构成，且中间留有正方形区域用于印制金属地板3。图3是本发明所述频率选择表面单元的示意图。频率选择表面单元6具有c4旋转对称性，包括中心的交叉螺旋线61和末端的四组h型分形线62。介质基板2中设置有过孔，同轴接头4的内导体41穿过此过孔与微带辐射贴片1焊接，外导体42与金属地板3连接，构成底部馈电结构。
本发明实施例的微带贴片天线采用印制电路板工艺制作于边长ls＝50mm，介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度h＝2.0mm的正方形双面敷铜玻璃环氧树脂介质基板。微带辐射贴片尺寸wp×lp＝9.2mm×10.0mm。频率选择表面由10×10个频率选择表面单元沿x轴和y轴等周期排布构成，频率选择表面单元尺寸dx×dy＝5.0mm×5.0mm，其线宽为0.1mm，l1＝1.2mm，l2＝0.6mm。频率选择表面中心缺省四个频率选择表面单元，预留的正方形区域边长ws＝20mm，正方形金属地板边长wg＝19.4mm。选用的同轴接头是特征阻抗为50ω的sma连接器。
图4是本发明实施例频率选择表面单元的透射系数。对于x极化入射电磁波，频率选择表面单元在7ghz频率附近形成阻带，入射电磁波的大部分能量被反射，且随着入射电磁波角度的增大，阻带位置与性能基本不变，这主要归因于频率选择表面单元具有小型化和c4旋转对称的物理结构。由于几何结构的对称性，对于y极化入射电磁波，频率选择表面单元同样可以实现相同的性能。
图5是本发明实施例与现有微带贴片天线的回波损耗。本发明的微带贴片天线在6.9ghz至7.4ghz的频率范围内，回波损耗小于10db，相对带宽为7.0％，与现有微带贴片天线基本一致，说明两者具有相似的阻抗匹配特性。
图6是本发明实施例与现有微带贴片天线的辐射方向图。本发明的微带贴片天线的最大辐射方向是微带辐射贴片的法线方向，最大辐射方向增益为5.4dbi，与现有微带贴片天线相比，增益只下降约0.4db，即没有明显的损失，说明两者具有相似的远场辐射特性。
图7是本发明实施例与现有微带贴片天线不同角度x极化电磁波照射时的雷达散射截面。与现有微带贴片天线相比，本发明的微带贴片天线的雷达散射截面在很宽的频率范围内得到显著缩减。由于几何结构的对称性和频率选择表面单元的小型化特性，对不同极化和角度的入射电磁波，本发明的微带贴片天线始终保持着明显优越于现有微带贴片天线的雷达散射截面。
综上所述，与现有微带贴片天线相比，本发明基于频率选择表面的低雷达散射截面微带贴片天线能保证良好辐射特性的同时，显著缩减雷达散射截面。
上述实施例是本发明的优选实施方式，但不能认定本发明的实施方式仅限于此，本领域普通技术人员在不脱离本发明精神实质与技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，都应视为属于由本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。