一种基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线

本发明属于电磁场与微波，具体涉及一种基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线。

背景技术：

1、在现代战争中，高效的隐身技术显著提升了飞行器的生存能力和任务执行效率。隐身技术旨在最大程度减少敌方雷达对飞行器的探测概率，核心在于降低雷达散射截面(radar cross section,rcs)。天线作为飞行器雷达散射截面(rcs)的一个主要部分，其散射缩减设计尤为重要。值得指出的是，rcs缩减的过程不应恶化天线的辐射特性。

2、近年来，现有技术公开了多种方法来获得低rcs天线设计。

3、采用频率选择表面、阻抗器件或者电磁吸波材料，将特定频段的电磁波吸收并将能量转化为热能耗散。现有技术“low rcs antenna loaded with stepped impedanceresonator and metamaterials”通过在天线结构加载阶梯阻抗谐振，可以使天线的rcs降低5-20db，但只能在谐振频率上有较大的rcs缩减，频带较窄，不利于实现宽带性能，且通过热能耗散会加大红外探测的可能性。

4、对天线外形进行小型化设计从而减小天线rcs，越小的天线具有越小的金属面积，往往具有更低的rcs。现有技术“机载天线和天线阵的rcs缩减研究”公开了一种刀形天线，通过减小金属板厚度来减小前向入射波的可视面积，通过缩减侧向金属面积来减小侧向入射波的可视面积，从而完成rcs的缩减，但小型化通常会牺牲天线的辐射性能。

5、现有技术还采用基于远场抵消原理设计由人工磁导体(amc)组成的棋盘结构。由两种不同的amc组合提供了两种相位差为180°的散射场，每个部分的贡献抵消了在远场的后向垂直入射，从而降低rcs，但采用amc结构会对天线结构的表面电流造成影响，进而影响天线的辐射性能，且限制散射控制带宽的拓展。

6、现有技术“thin amc structure for radar cross-section reduction”公开了通过人工磁导体(amc)结构产生反射相位差，将amc单元与理想电导体(pec)单元交替排布组成棋盘结构，使得垂直入射方向的反射电磁波相互抵消，达到了rcs减缩的目的，但amc-pec结构的rcs缩减带宽较窄，应用范围有限。

7、由此可见，研究如何提高amc结构的rcs缩减带宽，保证天线辐射性能，结合多种rcs缩减技术，具有重要的理论和工程意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线，有效平衡传统阵列天线的辐射和散射性能，为实现天线rcs缩减提供重要的技术支持，具有重要的价值。

2、本发明所提出的技术问题是这样解决的：

3、一种基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线，包括辐射贴片、amc结构、介质基板、地板和馈电结构；辐射贴片和amc结构位于介质基板的上表面，地板位于介质基板的下表面；

4、介质基板的上表面划分为3×3的空间，位于中间的空间编号为第一空间，第一空间相邻的八个空间由左上依次顺时针编号为第二空间～第九空间；辐射贴片为方形金属贴片，位于第一空间的中心位置；amc结构位于第二空间～第九空间；

5、amc包括两种人工磁导体单元，两种组成单元呈棋盘方式排布；第一种人工磁导体单元位于第二空间、第四空间、第六空间和第八空间，第二种人工磁导体单元位于第三空间、第五空间、第七空间和第九空间；

6、第一种人工磁导体单元包括4×4的第一基本单元，第一基本单元采用耶路撒冷结构；

7、第二种人工磁导体单元包括4×4的第二基本单元，第二基板单元包括四个方形贴片，方形贴片的边与介质基板的边平行，四个方形贴片中两两相同且呈交叉排布；

8、地板在满覆介质基板下表面的基础上刻蚀有矩形槽；矩形槽位于第二空间、第四空间、第五空间、第六空间、第八空间和第九空间的对应位置；以介质基板中心位置向下作为x轴方向，以介质基板中心位置向右作为y轴方向；矩形槽的长边与y轴方向平行，短边与x轴方向平行，共计四列；

9、馈电结构为同轴线，位于介质基板的下表面；外导体与地板连接，内芯穿过介质基板连接至辐射贴片。

10、进一步的，介质基板选用的材料为rogers rt/duroid 5880，相对介电常数εr＝2.2，损耗正切tanδ＝0.0009。

11、进一步的，耶路撒冷结构包括十字形贴片和四个矩形枝节，十字形贴片位于第一基本单元的中心位置且与介质基板的边平行，四个矩形枝节分别位于十字形贴片中四个枝节的末端；十字形贴片的长为l1＝3.8mm，宽为d1＝0.6mm；四个矩形枝节的长为l2＝2.2mm，宽为d2＝0.4mm。

12、进一步的，两种方形贴片的边长分别为a1＝1.8mm和a2＝2.2mm。

13、进一步的，每列矩形槽沿x轴方向均匀排布，沿x轴方向分布的周期为px＝5mm，沿y轴方向分布的周期为py＝10mm；矩形槽的长边长度为l_g＝8.6mm，短边长度为w_g＝1.6mm；第二列和第三列的矩形槽边缘之间的距离为20mm。

14、本发明的有益效果是：

15、本发明所述天线在不影响天线辐射的情况下，本发明通过人工磁导体棋盘式结构设计实现ku波段反射波的相消，同时采用缺陷地结构控制整体结构的表面电流，保证天线辐射性能的同时，将散射缩减频段向低频扩展，最终在10-18ghz均实现明显的rcs缩减效果。

技术特征：

1.一种基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线，其特征在于，包括辐射贴片、amc结构、介质基板、地板和馈电结构；辐射贴片和amc结构位于介质基板的上表面，地板位于介质基板的下表面；

2.根据权利要求1所述的基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线，其特征在于，介质基板选用的材料为rogers rt/duroid 5880，相对介电常数εr＝2.2，损耗正切tanδ＝0.0009。

3.根据权利要求1所述的基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线，其特征在于，耶路撒冷结构包括十字形贴片和四个矩形枝节，十字形贴片位于第一基本单元的中心位置且与介质基板的边平行，四个矩形枝节分别位于十字形贴片中四个枝节的末端；十字形贴片的长为l1＝3.8mm，宽为d1＝0.6mm；四个矩形枝节的长为l2＝2.2mm，宽为d2＝0.4mm。

4.根据权利要求1所述的基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线，其特征在于，两种方形贴片的边长分别为a1＝1.8mm和a2＝2.2mm。

5.根据权利要求1所述的基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线，其特征在于，每列矩形槽沿x轴方向均匀排布，沿x轴方向分布的周期为px＝5mm，沿y轴方向分布的周期为py＝10mm；矩形槽的长边长度为l_g＝8.6mm，短边长度为w_g＝1.6mm；第二列和第三列的矩形槽边缘之间的距离为20mm。

技术总结本发明公开了一种基于人工磁导体与缺陷地结构的低散射天线，属于电磁场与微波技术领域。本发明所述天线包括辐射贴片、AMC结构、介质基板、地板和馈电结构；辐射贴片和AMC结构位于介质基板的上表面，地板位于介质基板的下表面；AMC结构呈棋盘形排布，地板刻蚀有矩形槽。本发明所述天线在不影响天线辐射的情况下，本发明通过人工磁导体棋盘式结构设计实现Ku波段反射波的相消，同时采用缺陷地结构控制整体结构的表面电流，保证天线辐射性能的同时，将散射缩减频段向低频扩展，最终在10‑18GHz均实现明显的RCS缩减效果。技术研发人员：张天良,井姝棋,苏小珂,王磊松,黄麒霖,刘继辉,陇悦琨,文宇凡受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29