本发明属于天线技术领域，涉及一种微带阵列天线，具体涉及一种带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线。
背景技术：
天线作为一种收发信号的工具，是通信领域中信号发射和接收系统中核心的部分，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，微带天线对比于其他的天线而言,具有低剖面、低成本、制作工艺简单和易于载体共形的优点。
qiangchen在其发表的论文“rcsreductionofpatcharrayantennausinganisotropicresistivemetasurface”(ieeeantennasandwirelesspropagationletters,2019)中提出一种利用各向异性超表面减小雷达散射截面的贴片阵列天线。该天线在贴片阵列天线上方覆置一层电阻超表面来实现雷达截面的减缩。1.016mm厚的介质基板下表面印刷金属板，上表面印刷有2×2贴片阵列天线，辐射贴片通过金属微带馈网连接，使用同轴馈电。电阻超表面是通过将六个集总电阻装入一个金属方型回路，上边框和下边框各放置一个集总电阻，阻值为300ω；左边框和右边框各放置两个集总电阻，阻值为180ω，在同极化入射时两个电阻之间放置带型数字间谐振器。在带内同极化状态下，电阻超表面对阵列天线来讲相当于一个透明的天线罩，电阻超材料天线罩的增益损失仅为0.7db。在带外或交叉极化状态下，阵列天线本身作为电阻超表面的地面来形成具有较低雷达散射截面的吸波结构。该结构覆层虽然在带内对贴片阵列天线产生较小的辐射性能的影响，但是却没有减低带内雷达散射截面。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，旨在保证良好的辐射特性的同时实现微带阵列天线的带内雷达散射截面的减缩。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，包括上中下三层介质基板，所述下层介质基板包括印制在上下表面的辐射贴片单元和金属地板；所述中层介质基板和上层介质基板上表面印制有相位调控单元；
周期排布的辐射贴片单元通过馈电网络连接，馈电网络通过同轴线与金属地板相接；
不同尺寸对称分布的相位调控单元按照棋盘排布，与对称分布的辐射贴片单元相对应，产生反射电场幅度相同且相位相差180°的反射波，实现天线的散射特性。
本发明进一步优选的方案在于：
优选的，所述相位调控单元采用内外矩形框结构，内外矩形框的几何中心与辐射贴片单元中各矩形辐射贴片的直角处相对应。
优选的，所述相位调控单元的数量4倍于矩形辐射贴片的数量。
优选的，不同尺寸对称分布的相位调控单元为在中层介质基板和上层介质基板上表面对角线对称分布，对角线上的内外矩形框尺寸相同。
优选的，所述矩形辐射贴片单元包括四组对称分布辐射贴片组，各组辐射贴片设有四个结构对称、方向相同的矩形辐射贴片，各矩形辐射贴片蚀刻长方形的开口，通过微带线连接形成馈电网络，馈电网络通过同轴微带连线连接同轴线。
优选的，同组相邻矩形辐射贴片通过微带线连接，同组上下矩形辐射贴片之间微带线上连接两个微带竖向折叠线，且上微带竖向折叠线弯折长度大于下微带竖向折叠线。
优选的，各组辐射贴片之间通过微带水平弯折线连接，微带水平弯折线再连接至同轴微带连线。
优选的，在两组对角线分布的辐射贴片的微带水平弯折线上连接有一个微带水平折叠线，微带水平折叠线紧邻同轴微带连线设置，且微带水平折叠线的折叠宽度和长度小于微带水平弯折线。
优选的，所述周期排布的矩形辐射贴片单元中矩形辐射贴片等间隔分布。
优选的，矩形辐射贴片单元的各组辐射贴片采用等功率不等相位结构。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1.本发明通过调整相位调控单元内外矩形框的尺寸及内外矩形框的几何中心与辐射贴片单元中各矩形辐射贴片的直角处相对应位置，可以实现辐射贴片的谐振频率和辐射方向图不产生变化，保证了阵列天线具有良好的辐射性能。
2.由于不同尺寸的相位调控单元的棋盘分布，电磁波垂直照射时，辐射贴片可以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谐振频率处具有良好的散射特性，克服了现有技术中实现带内雷达散射截面减缩时对天线辐射性能有较大影响的问题，有效的实现了辐射散射一体化设计。
3.矩形辐射贴片单元各组辐射贴片结构方向以及微带线连接形成馈电网络设计，能够使得微带阵列天线工作的谐振频点为10ghz，同时对辐射贴片进行不同的相位补偿来减小对天线辐射性能的影响。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的微带贴片天线的结构示意图；
图3本发明相位调控单元的结构示意图；
图4是本发明的相位调控单元棋盘排布的结构示意图；
图5(a)、(b)是本发明的辐射方向图；
图6(a)、(b)是本发明单站雷达截面图。
图中：1、下层介质基板；2、中层介质基板；3、上层介质基板；4、相位调控单元；5、辐射贴片单元；6、金属地板；7、馈电网络；8、同轴线；9、微带水平折叠线；10、微带水平弯折线；11、下微带竖向折叠线；12、上微带竖向折叠线；13、微带线；14、同轴微带连线。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明实施例提供的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，包括下层介质基板1、中层介质基板2、上层介质基板3、相位调控单元4和辐射贴片单元5；下层介质基板1的下表面印制有金属地板6，上表面印制有周期排列的辐射贴片5；辐射贴片5通过馈电网络7连接；馈电网络通过同轴线8与金属地板6相接；中层介质基板2上表面印制有相位调控单元4，上层介质基板3上表面印制有相位调控单元4。
上述带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，不同尺寸对称分布的相位调控单元4按照棋盘排布，相位调控单元采用内外矩形框结构，与对称分布的辐射贴片单元5相对应，相位调控单元4采用内外矩形框结构且几何中心与辐射贴片5的直角处重合的结构。相位调控单元的数量4倍于矩形辐射贴片的数量。
在一个实施例中，介质基板1的尺寸为60mm×60mm×1mm，相对介电常数为2.1，该介质基板设置有用于同轴线8通过的1个通孔。介质基板2与介质基板3的尺寸与介质基板1相同。介质基板1与介质基板2的距离为6mm，介质基板2与介质基板3的距离为4.2mm。
参照图2，对本发明实施例位于介质基板上表面的微带阵列天线的排布方式做进一步的描述。
矩形辐射贴片单元5包括四组对称分布辐射贴片组，各组辐射贴片设有四个结构对称、方向相同的矩形辐射贴片，各组辐射贴片通过微带线13连接形成馈电网络7，馈电网络7通过同轴微带连线14连接同轴线8。其中，矩形辐射贴片采用长方形的金属贴片，其长边平行于y轴，宽边平行于x轴，长边尺寸为8.5mm,短边尺寸为6.7mm，结构上蚀刻长方形的开口，开口方向为x轴正方向，开口长边尺寸为1.8mm，短边尺寸为1.6mm。通过微带线13连接到矩形辐射贴片的开口上。微带阵列天线采用16个矩形辐射贴片，矩形辐射贴片等间隔分布。排布方式为等间距中心对称，间距为15mm。馈电网络7通过调节各部分枝节的长度实现不同的馈电。其中，同组相邻矩形辐射贴片通过微带线13连接，同组上下矩形辐射贴片之间微带线13上连接两个微带竖向折叠线，且上微带竖向折叠线12弯折长度大于下微带竖向折叠线11；各组辐射贴片之间通过微带水平弯折线10连接，微带水平弯折线10再连接至同轴微带连线14。在两组对角线分布的辐射贴片的微带水平弯折线10上连接有一个微带水平折叠线9，微带水平折叠线9紧邻同轴微带连线14设置，且微带水平折叠线9的折叠宽度和长度小于微带水平弯折线10。
同轴线8通过介质基板1的通孔与馈电网络7焊接。馈电网络7通过普通微带折叠部分10、微带折叠部分11和微带折叠部分12连接的辐射贴片实现等相位等功率馈电。通过增加微带折叠部分9连接的辐射贴片实现不等相位等功率馈电。
参照图3，对本发明实施例的位于介质基板2和介质基板3上的相位调控单元4做进一步描述。
相位调控单元4由内外两个矩形框组成，本实施例矩形框采用正方形。外矩形框尺寸固定为7.5mm，宽度为0.1mm。内矩形框尺寸的变化可以影响相位调控单元的高透射性，结合散射性能对相位的要求，采用的内矩形框尺寸为4.1mm和4.9mm，宽度为0.1mm。
参照图4，对本发明的相位调控单元4的棋盘排布做进一步描述。
内矩形框尺寸为4.1mm的相位调控单元四个为一组共四组，每一组的内矩形框从介质基板2和介质基板3中心位置按x轴负方向分布，四组内矩形框沿y轴正方向分布；内矩形框尺寸为4.9mm的相位调控单元四个为一组一共四组，每一组的内矩形框从介质基板2和介质基板3中心位置沿x轴正方向分布，四组内矩形框沿y轴正方向分布；所有的内矩形框经中心对称后，形成棋盘式结构。内外矩形框按照8×8的规则排布介质基板上。内外矩形框的几何中心均与辐射贴片6的直角处对应。并且，在对角线上的内外矩形框尺寸相同，相邻相位调控单元4尺寸不同。
本发明的带内雷达截面减缩的阵列天线，采用相位调控单元对电磁波进行调控，当相位调控单元具有高透射性时，通过对馈电网络的调整，可以使阵列天线具有良好的辐射性能；为了使该阵列天线的反射电场幅度相等、相位相差180°，选用两种不同尺寸的相位调控单元进行棋盘排布，实现阵列天线的辐射散射一体化设计。
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_15.0对本发明在10ghz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_15.0对本发明单站雷达截面进行仿真计算，结果如图6所示，为阵列天线在xoz和yoz面内的单站雷达截面图。
3、仿真结果分析：
参照图5(a)、(b)所示，图5(a)为参考微带阵列天线在10ghz的辐射方向图，图5(b)为本发明在10ghz辐射方向图。从图中可以看出，带内低雷达散射截面微带阵列天线对比参考微带阵列天线增益下降0.9dbi。
参照图6(a)、(b)所示，图6(a)为本发明天线在9.5-10.5ghz内xoz和yoz面单站雷达截面对比图，图6(b)为本发明天线在xoz面和yoz面雷达截面减缩量。从图中可以看出，本发明天线在xoz面内的雷达截面最大缩减值在10ghz处达到了19db，有着良好的带内雷达截面减缩。
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带内雷达散射截面，即提高了散射特性。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
1.一种带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，天线包括上中下三层介质基板，所述下层介质基板(1)包括印制在上下表面的辐射贴片单元(5)和金属地板(6)；所述中层介质基板(2)和上层介质基板(3)上表面印制有相位调控单元(4)；
周期排列的辐射贴片单元(5)通过馈电网络(7)连接，馈电网络(7)通过同轴线(8)与金属地板(6)相接；
不同尺寸对称分布的相位调控单元(4)按照棋盘排布，与对称分布的辐射贴片单元(5)相对应，产生反射电场幅度相同且相位相差180°的反射波，实现天线的散射特性。
2.根据权利要求1所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，所述相位调控单元(4)采用内外矩形框结构，内外矩形框的几何中心与辐射贴片单元(5)中各矩形辐射贴片的直角处相对应。
3.根据权利要求2所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，所述相位调控单元(4)的数量4倍于矩形辐射贴片的数量。
4.根据权利要求1所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，不同尺寸对称分布的相位调控单元(4)为在中层介质基板(2)和上层介质基板(3)上表面对角线对称分布，对角线上的内外矩形框尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，所述矩形辐射贴片单元(5)包括四组对称分布辐射贴片组，各组辐射贴片设有四个结构对称、方向相同的矩形辐射贴片，各矩形辐射贴片蚀刻长方形的开口，通过微带线(13)连接形成馈电网络(7)，馈电网络(7)通过同轴微带连线(14)连接同轴线(8)。
6.根据权利要求5所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，同组相邻矩形辐射贴片通过微带线(13)连接，同组上下矩形辐射贴片之间微带线(13)上连接两个微带竖向折叠线，且上微带竖向折叠线(12)弯折长度大于下微带竖向折叠线(11)。
7.根据权利要求5所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，各组辐射贴片之间通过微带水平弯折线(10)连接，微带水平弯折线(10)再连接至同轴微带连线(14)。
8.根据权利要求7所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，在两组对角线分布的辐射贴片的微带水平弯折线(10)上连接有一个微带水平折叠线(9)，微带水平折叠线(9)紧邻同轴微带连线(14)设置，且微带水平折叠线(9)的折叠宽度和长度小于微带水平弯折线(10)。
9.根据权利要求5所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，所述周期排列的矩形辐射贴片单元(5)中矩形辐射贴片等间隔分布。
10.根据权利要求5所述的带内雷达散射截面减缩的微带阵列天线，其特征在于，矩形辐射贴片单元(5)各组辐射贴片采用等功率不等相位结构。
技术总结