专利摘要

本发明公开了一种基于超宽带小型化吸波体的低RCS天线，主要解决现有技术减缩频带窄，单元尺寸大、辐射性能差的问题，其包括上下两层介质板(1，2)、两种损耗层(3，4)、辐射贴片(5)和金属地板(6)；每种损耗层由金属枝节与贴片电阻组合而成，且第一损耗层与第二损耗层分别以回字形印制在两层介质板的上表面边缘，辐射贴片印制在第二介质板的上表面的中央，金属地板印制于第二介质板的下表面。该第一损耗层、第一介质板和金属地板构成上层吸波结构，用于低频段，该第二损耗层、第二介质板和金属地板构成下层吸波结构，用于高频段。本发明展宽了RCS减缩带宽，减小了单元尺寸，提高了辐射性能，可用于雷达散射截面RCS的缩减。

权利要求

1.一种基于超宽带小型化吸波体的低RCS天线，包括第一介质板(1)、第二介质板(2)、第二损耗层(4)、辐射贴片(5)和金属地板(6)，第一损耗层(3)印制在第一介质板(1)上表面，第二损耗层(4)、辐射贴片(5)印制在第二介质板(2)的上表面，金属地板(6)印制于第二介质板(2)的下表面，以实现辐射与RCS减缩特性，其特征在于：

所述第一损耗层(3)，采用Hilbert分形金属环(31)与加载在该分形金属环上的贴片电阻(32)构成；

所述第二损耗层(4)，采用开口谐振环(41)、谐振枝节(42)及加载在开口谐振环上的贴片电阻(43)构成；其中开口谐振环(41)分布在损耗层四周，在每个开口谐振环的上方引入一个弯折，贴片电阻(43)印制在开口谐振环的中央，用于实现介电损耗与欧姆损耗的结合；谐振枝节(42)分布在每个开口谐振环的两侧，用来实现缝隙谐振，且在每个谐振枝节的顶端加入延长部分，用于实现整体结构的宽带吸波；

所述第一损耗层(3)、第一介质板(1)和金属地板(6)构成上层吸波结构，作用于低频段：

所述第二损耗层(4)、第二介质板(2)和金属地板(6)构成下层吸波结构，作用于高频段，该下层吸波结构和上层吸波结构共同作用构成超宽带小型化吸波体；

所述第一损耗层(3)和第二损耗层(4)分别印制在第一介质板(1)和第二介质板(2)的上表面边缘，且均以回字形排布；

所述辐射贴片(5)印制在第二介质板(2)上表面的中央。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一介质板(1)与第二介质板(2)之间设有6-7mm的间距，且厚度和介电常数不同，即第一介质板(1)的介电常数小于第二介质板(2)的介电常数，第一介质板(1)的厚度小于第二介质板(2)的厚度。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述Hilbert分形金属环(31)，是一个包括四条边的方环，每一条边的中间弯折有Hilbert曲线，每一条Hilbert曲线的两侧均印制有贴片电阻(32)。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述Hilbert分形金属环(31)的分形曲线设有四阶分形拐点L1、L2、W2、W3，其中第一阶分形拐点L1大于第二阶分形拐点L2，第三阶分形拐点W2大于第四阶分形拐点W3。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述开口谐振环(41)设有四个，每个开口谐振环采用单次折叠结构，该四个开口谐振环(41)的中央为印制的贴片电阻(43)；

所述谐振枝节(42)设为四个，且分别位于四个开口谐振环(41)的两侧。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述谐振枝节(42)为Y形，其与开口谐振环(41)之间的缝隙宽度W7为0.1-0.2mm。

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种低RCS天线，可用于雷达散射截面缩减。

背景技术

随着无线电技术和雷达探测技术的迅速发展,天线的雷达截面减缩技术已成为现在研究的重点。通常，目标对入射电磁波的散射能力越低,其雷达散射截面RCS越小。在各种无线电子设备中,为了系统的正常通信和工作,天线必须有效稳定地收发电磁波,但天线同时又具有强散射特性,所以对于大多数雷达系统，控制和减缩天线的RCS成为优化设计具有弱散射性能雷达系统的关键。然而,在缩减雷达散射截面的同时又需综合考虑天线的辐射性能,因此,如何在不影响天线正常工作的前提下,实现对散射电磁波的控制是迫切需要解决的问题。由于超材料吸波结构具有吸收入射电磁波的特性，可以有效地降低天线的RCS，成为天线雷达散射截面缩减的重要研究方向。

对于超材料吸波结构，如何拓宽其吸波带宽和实现结构的小型化一直是研究的重点。近年来，电阻膜与特殊吸波材料技术、多层或叠层吸波体和金属化FSS等技术应用于超材料吸波体的设计中，以追求优良的吸波性能。由于超材料吸波体具有吸收入射电磁波的特性，可以实现对目标雷达截面的缩减，在电磁波散射控制方面运用广泛。但是超材料吸波体本身具有单元尺寸大，工作频带窄的特点，不利于实现宽带与小型化的性能。因此，在基于超材料吸波体的设计中，设计出具有宽频带和小型化的吸波结构具有十分重要的意义。

为了解决上述问题，研究人员提出了不少解决方法。例如授权公告号为CN106785476B的专利申请中提出一种超材料吸波体，该吸波体由两个印制在介质基板上的环形金属贴片与集总电阻构成。该结构虽然充分运用了电磁超材料的谐振特性与集总电阻的损耗特性，在8.4-13.6GHz内可以达到90％的入射电磁波吸收，但是该结构由于谐振形式单一，且结构中心不对称，使得整体吸波频段较窄，且只能吸收一个极化方向的电磁波，难以适用在多种电磁环境中。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于超宽带小型化吸波体的低RCS天线，以在拓宽吸波带宽的同时，减小结构的单元周期，实现在不同在极化入射波下均能达到良好吸收的效果。

为实现上述目的，本发明包括第一介质板、第二介质板、第二损耗层、辐射贴片和金属地板，第一损耗层印制在第一介质板上表面，第二损耗层、辐射贴片印制在第二介质板的上表面，金属地板印制于第二介质板的下表面。以实现辐射与RCS减缩特性，其特征在于：

所述第一损耗层，采用Hilbert分形金属环加载在该分形金属环上的贴片电阻构成；

所述第二损耗层，采用开口谐振环、谐振枝节及加载在开口谐振环上的贴片电阻构成；

所述第一损耗层、第一介质板和金属地板构成上层吸波结构，作用于低频段：

所述第二损耗层、第二介质板和金属地板构成下层吸波结构，作用于高频段，该下层吸波结构和上层吸波结构共同作用构成超宽带小型化吸波体。

作为优选，所述第一介质板与第二介质板之间设有6-7mm的间距，且厚度和介电常数不同，即第一介质板的介电常数小于第二介质板的介电常数，第一介质板的厚度小于第二介质板的厚度。

作为优选，所述Hilbert分形金属环，是一个包括四条边的方环，每一条边的中间弯折有Hilbert曲线，每一条Hilbert曲线的两侧均印制有贴片电阻。

作为优选，所述Hilbert分形金属环(31)的分形曲线设有四阶分形拐点L1、L2、W2、W3，其中第一阶L1大于第二阶L2，第三阶W2大于第四阶W3。

作为优选，所述开口谐振环设有四个，每个开口谐振环采用单次折叠结构，该四个开口谐振环的中央为印制的贴片电阻；所述谐振枝节设为四个，且分别位于四个开口谐振环的两侧。

作为优选，所述谐振枝节(42)为Y形，其与开口谐振环41之间的缝隙宽度W7为0.1-0.2mm。

作为优选，所述第一损耗层和第二损耗层分别印制在第一介质板和第二介质板的上表面边缘，且均以回字形排布；所述辐射贴片印制在第二介质板上表面的中央。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明所设计的损耗层采用金属枝节结合集总电阻的设计方法，结合欧姆损耗与介电损耗，展宽了吸波结构的工作带宽；

2.本发明采用Hilbert分形金属环与折叠开口谐振环的形式，减小了结构的单元尺寸。

3.本发明由于将作用在不同频段的两个吸波结构进行上下叠加组合，通过叠加两个结构的工作带宽实现在2.69-17.23GHz的频段内入射波两种极化均达到90％吸收率的超宽带吸波。

4.本发明由于将设计的损耗层以环绕的形式在微带天线的辐射贴片四周排布，在不影响微带天线辐射性能的同时实现了天线的RCS减缩，最终在3.2-19GHz内，可实现5dB的RCS减缩，在4.63-11.35GHz，15.7-18.9GHz内可实现10dB的RCS减缩。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中超宽带小型化吸波体整体结构示意图；

图3是本发明中上层吸波结构的等效电路图；

图4是本发明中下层吸波结构在不同频点下的表面电场图；

图5是本发明中的第一损耗层结构示意图；

图6是本发明中的第二损耗层结构示意图；

图7是本发明实施例在x极化与y极化入射波下的单元回波损耗仿真结果图；

图8是本发明实施例与参考天线的回波损耗参数仿真结果图；

图9是本发明实施例与参考天线的E面方向图仿真结果对比图；

图10是本发明实施例与参考天线的H面方向图仿真结果对比图；

图11是本发明实施例与参考天线的单站RCS仿真结果对比图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的实施例和效果作进一步详细描述：

参照图1，本实例基于超宽带小型化吸波体的低RCS天线，包括两个介质板、两种损耗层、辐射贴片5和金属地板6。其中第一介质板1和第二介质板2上下叠加，且这两个介质板之间的间隔为6-7mm,本实施例取但不限于6.6mm，第一介质板1的相对介电常数为2.65，厚度为0.2-0.4mm,本实施例取但不限于0.3mm，第二介质板2的相对介电常数为4.4，厚度为2.2-2.5mm，本实施例取但不限于2.4mm。第一损耗层3与第二损耗层4分别以回字形排布在第一介质板1和第二介质板2的上表面的边缘。微带天线的辐射贴片5印制在第二介质板2的上表面中央，金属地板6印制在第二介质板的下表面。该第一损耗层3、第一介质板1和金属地板6构成上层吸波结构，作用于低频段：该第二损耗层4、第二介质板2和金属地板6构成下层吸波结构，作用于高频段，该下层吸波结构和上层吸波结构共同作用构成超宽带小型化吸波体，如图2所示。

参照图3，上层吸波结构等效电路图的电纳关系为：Yin＝YLP+Yd，其中Yin为结构总电纳，YLP为第一损耗层3的电纳，Yd为第一介质板1与金属地板6形成的电纳。其中

式中，R、L、C分别为第一损耗层的等效电阻、电容、电感；Y02为第一介质板的电纳，β1为第一介质板的波数，Y01为第一介质板与金属地板之间的电纳，β2为第一介质板下的波数，t为第一介质板的厚度，h为第一介质板与金属地板之间的距离。

当Bd抵消YLP的虚部时，存在两种情况B+Bd＝0,B＝Bd＝0，此时上层吸波结构的总电纳Yin虚部为0，结构总电纳与自由空间波阻抗匹配实现吸收。由公式推导可得，该上层吸波结构7共有两个谐振点，从而展宽了吸收带宽。

参照图4，在不同频点处下层吸波结构的表面电场分布不同，即在不同的频段，开口谐振环41自身谐振与开口谐振环41和谐振枝节42构成的缝隙谐振形成了两种谐振形式，实现了双频吸波。并通过在开口谐振环41的中央加载贴片电阻43，在介电损耗的基础上加入欧姆损耗，以提升整体频段的吸收率以实现宽带吸收。由图4(a)可以看出，在9.8GHz处，吸收主要来自于开口谐振环41与谐振枝节42构成缝隙的谐振；由图4(b)可以看出，在12.3GHz处，吸收主要来自于开口谐振环41与缝隙的共同作用；由图4(c)可以看出，在14.3GHz处，吸收主要来自于开口谐振环41的自身谐振。

参照图5，所述第一损耗层由Hilbert分形金属环31加载贴片电阻32构成，环的边长W1为8.5-8.8mm，宽度W为0.2-0.4mm，环中引入Hilbert分形曲线来缩减损耗层的单元尺寸，该分形曲线设有四阶分形拐点L1、L2、W2、W3，为了获得更好的吸波特性，对引入的Hilbert分形曲线的拐点进行参数调整，其中曲线的一阶L1为2.1-2.3mm、二阶L2为1.8-2mm、三阶W2为2.8-3.2mm、四阶W3为0.3-0.5mm。在距离Hilbert分形曲线两侧的长度W4为1.6-2mm处，印制规格为0201，阻值为28欧姆的贴片电阻32。本实施例取但不限于W1为8.6mm，W为0.3mm，L1为2.2mm，L2为1.9mm，W2为3mm，W3为0.4mm，W4为1.8mm。

参照图6，所述第二损耗层由加载贴片电阻43的开口谐振环41和谐振枝节42构成。开口谐振环以间距W8为5.7-5.9mm分布在损耗层四周，环边长L5为1.8-2mm，宽度W6为2.8-3mm。为了使整体结构小型化，在每个开口环的上方引入了一个长L3为0.8-1mm，宽W5为0.7-1mm的弯折。规格为0201、阻值为24欧姆的贴片电阻43印制在开口环的中央，可实现介电损耗与欧姆损耗的结合，拓宽了结构的吸波带宽。四个Y形谐振枝节42分布在每个环的两侧，用来实现缝隙谐振，谐振枝节的边长L4为2.2-2.3mm，宽度W为0.2-0.4mm，谐振枝节与开口谐振环之间的缝隙宽度W7为0.1-0.2mm，并且在每个谐振枝节的顶端加入了一个宽Wm为0.2-0.4mm的延长部分，以改善谐振枝节的谐振模式，实现了整体结构的宽带吸波。本实施例取但不限于W8为5.8mm，L5为1.9mm，W6为3mm，L3为0.9mm，W5为0.8mm，L4为2.1mm，W为0.3mm，W7为0.15mm，Wm为0.3mm。

本发明的技术效果可通过以下仿真实验作进一步说明。

1、仿真条件

利用商业仿真软件HFSS_19.0对上述实施例进行仿真。

2、仿真内容

仿真1，利用商业仿真软件HFSS_19.0对上述实施例在x极化与y极化入射波下的回波损耗进行仿真计算，结果如图7所示。从图7可看出，本实施例的吸波结构的回波损耗在2.69-17.23GHz内均小于-10dB，可算出本实施例的吸收率在2.69-17.23GHz内均大于90％

仿真2，利用商业仿真软件HFSS_19.0对上述实施例与参考天线的回波损耗分别进行仿真计算，结果如图8所示。从图8可看出，本实施例的设计天线与参考天线相比回波损耗曲线基本重合。

仿真3，利用商业仿真软件HFSS_19.0对上述实施例与参考天线的E面方向图分别进行仿真计算，结果如图9所示。从图9可看出，本实施例的设计天线与参考天线相比，方向图形状相似，但主辐射方向增益比参考天线有所提升。

仿真4，利用商业仿真软件HFSS_19.0对上述实施例与参考天线的H面方向图分别进行仿真计算，结果如图10所示。从图10可看出，本实施例的设计天线与参考天线相比，方向图形状相似，但主辐射方向增益比参考天线有所提升。

仿真5，利用商业仿真软件HFSS_19.0对上述实施例与参考天线的单站RCS分别进行仿真计算，结果如图11所示。从图11可看出，本实施例的设计天线与参考天线相比，单站RCS在3.15至18.98GHz至少有5dB的减缩，在4.59至11.05GHz与15.75至18.8GHz内，至少有10dB的减缩。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未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，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，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保护范围之内。

基于超宽带小型化吸波体的低RCS天线专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。