基于辐射散射一体化的微带阵列天线的制作方法

本发明属于天线技术领域，涉及一种微带阵列天线，具体涉及一种基于辐射散射一体化的微带阵列天线。

背景技术：

在通信领域中，信号发射和接收系统是整个通信平台中最重要的组成部分之一，天线是该系统中核心的部分，而辐射特性是衡量天线优劣的主要指标。提高散射特性的关键在于如何缩减雷达截面，而雷达截面是散射特性中最基本的参数，它是指目标在平面波照射下在给定方向上返回功率的一种量度。

天线是一类特殊的散射体，它的散射包括两部分：一部分是与散射天线负载情况无关的结构模式项散射场，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相同；另一部分则是随天线的负载情况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场。

由于天线系统自身的工作特点，它必须保证自身无线电波的正常接收和发射，因此常规的雷达截面减缩措施不可以简单地应用在天线上。所以在保持天线辐射特性不变的前提下，设计具有低雷达截面的天线有重要意义。

微带阵列天线是在带有金属接地板的介质基板上贴加导体薄片而形成的天线，与常规天线相比，微带天线重量轻、体积小、剖面薄、易于加工。授权公告号为cn103840258b，名称为“低雷达截面的微带阵列天线”的中国专利，公开了一种低雷达截面微带阵列天线，该天线的辐射单元和金属地板分别印制在介质材料板的两面，在金属地板上开有多个互补开口谐振环，这些互补开口谐振环分布在辐射单元正下方的金属地板四周，每个互补开口谐振环由条蛇形弯折的槽线段形成镜像对称结构，外围轮廓呈正方形，并留有开口，且谐振频率与阵列天线的工作频率相同。该阵列天线具有辐射特性稳定，雷达截面低的特点，但金属地板上的多个互补开口谐振环使得整个阵列天线结构比较复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述已有技术存在的缺陷，提出了基于辐射散射一体化的低雷达截面微带阵列天线，旨在保证良好的辐射特性和散射特性的同时，简化阵列天线的结构。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括介质基板1，所述介质基板1的下表面印制有金属地板2，上表面印制有由周期性排布的n个第一辐射贴片3和n个第二辐射贴片4组成的贴片阵列，n≥2；所述第一辐射贴片3上蚀刻有带有开口的环形缝隙31，用于对该辐射贴片的谐振频率和反射相位进行调整，该第一辐射贴片3与贯通介质基板1的第一同轴线5相连，连接点位于环形缝隙31的开口位置；所述第二辐射贴片4下方的介质基板1内部镶嵌有与第二同轴线6相连的金属微带7；所述第一辐射贴片3在金属地板2上的投影位置蚀刻有第一缝隙21，所述第二辐射贴片4在金属地板2上的投影位置蚀刻有第二缝隙22。

上述基于辐射散射一体化的微带阵列天线，所述环形缝隙31，采用缝隙形状为正方形且几何中心与第一辐射贴片3几何中心重合的结构。

上述基于辐射散射一体化的微带阵列天线，所述第一缝隙21和第二缝隙22，其形状均为矩形，且各缝隙的几何中心与对应辐射贴片在金属地板2上投影的几何中心重合。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明由于贴片阵列是由周期性排布且数量相等的第一辐射贴片和第二辐射贴片组成，通过调整两种辐射贴片在金属地板上对应的缝隙，以及第一辐射贴片上蚀刻的环形缝隙的尺寸，可以实现两种辐射贴片具有相同的谐振频率和辐射方向图，保证了阵列天线具有良好的辐射性能，同时第一辐射贴片和第二辐射贴片在垂直平面波照射下，能够产生反射电场幅度相同且相位相差180°的反射波，能够保证阵列天线在4-8ghz内具有良好的散射特性，避免了现有技术中采用的通过地板上设置的多个互补开口谐振环导致的结构复杂的缺陷，有效简化了阵列天线结构。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明金属地板的结构示意图；

图3是本发明第一辐射贴片的结构示意图；

图4是图1沿x轴负方向的结构示意图；

图5是本发明实施例的不同平面的辐射方向图；

图6是本发明实施例的单站雷达截面图；

图7是本发明实施例在斜入射波照射下的雷达截面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述：

参照图1，本发明包括介质基板1，所述介质基板1的下表面印制有金属地板2，上表面印制有由周期性排布的n个第一辐射贴片3和n个第二辐射贴片4组成的贴片阵列。理论上当n≥2时，天线就能保证良好的辐射特性和散射特性，本发明实施例仅取n＝8,为了使本实施例阵列天线在xoz面内具有对称的辐射方向图，辐射贴片应关于y轴对称排布，本实施例8个第一辐射贴片3和8个第二辐射贴片4分别排成4对关于y轴对称的贴片对，4对第一辐射贴片3印制在介质基板1上表面内侧，4对第二辐射4贴片印制在介质基板1上表面外侧，第一辐射贴片3和第二辐射贴片4在金属地板上2投影的几何中心分别于对应的缝隙的几何中心重合。

所述介质基板1的尺寸为a×b×c，相对介电常数为2.2，其中长度a＝120mm，宽度b＝120mm，厚度c＝6mm，该介质基板1上设置有用于第一同轴线5通过的8个通孔和用于安装第二同轴线6的8个盲孔。

所述金属地板2，其结构如图2所示，其上蚀刻有周期性排布的8个第一缝隙21和8个第二缝隙22，第一缝隙和第二缝隙形状均为矩形，其长边均平行于y轴，宽边平行于x轴，第一缝隙的长度ls1＝18mm，宽度ws1＝0.2mm，第二缝隙的长度ls2＝18mm，宽度ws2＝0.2mm；8个第一缝隙和8个第二缝隙分别排成关于y轴对称的缝隙对，4对第一缝隙对分布在金属地板2沿x轴方向的内侧，4对第二缝隙对排布在金属地板2沿x轴方向的外侧，排布周期p＝30mm，由于缝隙可以改变金属地板2上的电流分布，因此缝隙的尺寸可以调整相应的辐射贴片的谐振频率。

所述第一辐射贴片3和第二辐射贴片4均采用形状为正方形的金属贴片，第一辐射贴片3的边长为l1＝17mm，第二辐射贴片4的边长为l2＝13mm。第一辐射贴片3的结构如图3所示，其上蚀刻有带有开口的环形槽31，该环形槽31形状为正方形，开口朝向y轴负方向，且几何中心与第一辐射贴片3几何中心重合，环形槽31的外侧边长lsrr＝12mm，宽度wsrr＝0.5mm，开口长度gsrr＝8mm，该环形槽31可以改变第一辐射贴片3上的电流分布，相应地可以改变第一辐射贴片3的谐振频率和反射电场的相位。

所述第一辐射贴片3通过位于其几何中心沿y轴负方向偏移量yoffset1＝2mm处的第一同轴线5馈电，第一同轴线5的内芯穿过介质基板1上的通孔与第一辐射贴片3焊接。

参照图4，所述第二同轴线6位于第二辐射贴片4的几何中心沿y轴负方向偏移量yoffset2＝2.5mm处，该同轴线6与镶嵌在介质基板1内的金属微带7连接，该金属微带7平行于金属地板2，距金属地板2的距离为h＝2mm，金属微带7的长度为lma＝9.5mm，宽度wma＝1.3mm。

本实施例微带阵列天线，采用周期性排布的两种数量相等的辐射贴片，通过理论计算，当两种辐射贴片具有相同的谐振频率和辐射方向图时，阵列天线具有良好的辐射特性；为了使两种辐射贴片的反射电场幅度相等、相位相差180°，在两种辐射贴片的结构上引入差异，通过辐射贴片上蚀刻的环形槽可以调节两种辐射贴片的反射电场相位差，但环形槽的引入还会导致辐射贴片的谐振频率发生改变，因此在金属地板上蚀刻矩形缝隙，用来调整两种辐射贴片的谐振频率。

本发明的技术效果可通过仿真实验进一步说明：

1、仿真内容：

1.1利用商业仿真软件hfss_16.0对上述实施例在5ghz处的辐射方向图进行仿真计算，结果如图5所示。

1.2利用商业仿真软件hfss_16.0对上述实施例的单站雷达截面进行仿真计算，结果如图6所示，其中：图6(a)为实施例阵列天线在4-8ghz内xoz和yoz面内的单站雷达截面图，图6(b)为实施例阵列天线在4-8ghz内xoz和yoz面的雷达截面减缩量。

1.3利用商业仿真软件hfss_16.0对上述实施例在斜入射波照射下的雷达截面进行仿真计算，结果如图7所示，其中：图7(a)为实施例阵列天线在φ极化入射波照射下xoz面的雷达截面图，图7(b)为实施例阵列天线在φ极化入射波照射yoz面的雷达截面图，图7(c)为实施例阵列天线在θ极化入射波照射下xoz面的雷达截面图,图7(d)为实施例阵列天线在θ极化入射波照射下yoz面的雷达截面图。

3、仿真结果分析：

参照图5，图5(a)为实施例在5ghz的xoz面的辐射方向图，图5(b)为实施例在5ghz的yoz面辐射方向图。从图中可以看出，实施例阵列天线的最大辐射方向垂直于辐射单元表面，最大增益为16.2dbi。

参照图6，图6(a)为实施例阵列天线在4-8ghz内xoz和yoz面单站雷达截面对比图，图6(b)为实施例阵列天线在4-8ghz内xoz和yoz面的雷达截面减缩值。从图中可以看出，实施例阵列天线在xoz面内的雷达截面最大缩减值在4.5ghz处达到了23db。

参照图7，图7(a)为实施例阵列天线在φ极化入射波照射下xoz面的雷达截面图，图7(b)为实施例阵列天线在φ极化入射波照射yoz面的雷达截面图，图7(c)为实施例阵列天线在θ极化入射波照射下xoz面的雷达截面图,图7(d)为实施例阵列天线在θ极化入射波照射下yoz面的雷达截面图。从图中可以看出，在φ极化入射波照射下，实施例阵列天线在xoz平面±45°角域内雷达截面得到减缩，在yoz平面±60°角域内雷达截面得到减缩，在θ极化入射波照射下，实施例阵列天线在xoz平面±50°角域内雷达截面得减缩，在yoz平面±10°角域内雷达截面得到减缩。

以上仿真结果说明，本发明具有良好的辐射特性，同时很大程度地缩减了雷达截面，即提高了散射特性。

以上描述和实施例，仅为本发明的优选实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和设计原理后，都可能在基于本发明的原理和结构的情况下，进行形式上和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。