一种基于液体的低散射可重构缝隙天线的制作方法

1.本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种基于液体的低散射可重构缝隙天线。


背景技术：

2.随着探测技术及隐身技术的发展，平台目标的雷达散射截面(rcs)缩减具有重大的军事意义。平台上的天线系统的rcs缩减已成为制约平台隐身的瓶颈。相比于平台自身，通过改变自身形状、表面贴装吸波材料，可显著改善平台自身的散射特性，天线作为一种特殊散射体，在缩减rcs的同时，还必须满足其辐射性能要求。
3.近年来人工超材料被应用于天线的rcs缩减中，比如带通型频率选择吸波体作为天线罩，可以让天线带内的电磁波辐射出去，而让带外电磁波被吸收，从而实现了天线rcs缩减。但是这种方法很容易让天线罩发热，从而影响天线的工作性能。利用人工磁导体(amc)的零反射相位特性，通过将amc在天线周围适当的排布，利反射波相位差为180。，从而实现相消的目的。
4.这种方法的缺陷在于只能实现某一方向上的单站rcs缩减，会导致其他方向的rcs增加。而大部分天线的rcs缩减，尽管对于敌方探测实现隐身，但是对于己方探测来说也有一定的难度。


技术实现要素：

5.本发明的实施例提供一种基于水的低散射可重构缝隙天线，单元结构的中间水层内部处处连通，从而构成高损耗谐振腔体，实现了基于液体的宽频段吸波性能。
6.为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
7.按照层级从高到低的顺序依次包括：上层容器(1)、缝隙天线阵(3)、介质基板(4)和金属背板(6)，其中，在介质基板(4)的正面铺设有缝隙天线阵(3)，在介质基板(4)的背面铺设有馈电网络(5)；上层容器(1)背后开有槽型结构，开设出槽型结构呈矩阵排列，上层容器(1)与缝隙天线阵(3)安装并贴合，各个槽型结构与所贴合的缝隙天线阵(3)形成空腔；一个槽型结构与至少另一个相邻的槽型结构之间，开设有导流孔，以便于液体在一个槽型结构与至少另一个相邻的槽型结构之间流动，当液体注满所有的空腔后，在每个空腔中形成块状水，得到中间块状水层(2)，且中间块状水层(2)中的所有的块状水都按照所述矩阵进行排列。中间水层(2)采用的液体材料为电磁参数满足debye模型的纯水。
8.空腔的长和宽l
w
均为5mm，厚度h
w
为5mm，在所述矩阵中相邻的空腔之间间距为4mm。缝隙天线阵(3)的缝长l为33.2mm，宽度w为3mm，阵元间距d为30mm，缝隙天线阵(3)的工作频带接近3.1ghz。
9.下层基板(4)采用相对介电常数为4.3，损耗角正切为0.025的fr4介质材料。下层基板(4)的长度l为220mm，宽度w为110mm，厚度为1mm。上层容器(1)采用介电常数为2.67且损耗角正切为0.01的亚克力材料。
10.本发明实施例提供的基于水的低散射可重构缝隙天线，在介质基板正面为缝隙天线阵，介质基板背面为馈电网络，缝隙天线阵表面周期排布块状形水基吸波体，上层容器与缝隙天线阵上表面排布的水基吸波体保持一致，二者构成密闭结构；水层则填充在该密闭结构中，天线后为金属背板。本发明通过将缝隙阵列天线与水基吸波体结合起来，利用水的高损耗、流动性，构建了基于液体的低散射可重构天线，并实现良好阻抗匹配，在保证缝隙阵列天线辐射性能的前提下，达到天线低散射、rcs可重构性能。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明实施例提供的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
12.图1为本发明实施例提供的基于液体的低散射rcs可重构天线背向分层示意图；
13.图2为本发明实施例提供的馈电网络结构图；
14.图3为本发明实施例提供的水基吸波体单元结构；
15.图4为本发明实施例提供的基于液体的低散射rcs可重构天线正向分层示意图；
16.图5为本发明实施例提供的基于液体的低散射天线的单站rcs图；
17.图6为本发明实施例提供的基于液体的低散射天线的双站rcs图；
18.图7为本发明实施例提供的基于液体的低散射天线的e面辐射方向图；
19.图8为本发明实施例提供的基于液体的低散射天线的h面辐射方向图。
20.图9为本发明实施例提供的水的debye模型曲线。
21.图10为本发明实施例提供的天线的s参数曲线。
具体实施方式
22.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/ 或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
23.雷达散射截面积(rcs)是定义目标散射特性的物理量，目标在入射雷达波照射时呈现的等效散射面积。比较传统的rcs缩减包括四个：整形技术、涂敷吸波材料、无源对消、有源对消。其中，整形技术往往争对于平台自身的rcs特性，由于天线需保证自身的辐射特性，所以难以改变其形状。涂敷吸波材料的问题是当吸波材料吸收了能量之后，自身温度升高，如果散射跟不上，那么温度的变化会改变器件的电气性能。无源对消和有源对消由于技术难度和成本的原因，应用没有前面两种多。
24.现有的缺陷在于只能实现某一方向上的单站rcs缩减，会导致其他方向的 rcs增加。而大部分天线的rcs缩减，尽管对于敌方探测实现隐身，但是对于己方探测来说也有一定的难度。本发明旨在提供一种低散射、rcs可重构的缝隙天线，克服上述现有技术中存在的问题，涉及一种基于水的低散射可重构缝隙天线，具体来说，是一种可以应用于隐身探测的高损耗介质组成的低散射可重构缝隙天线。
25.具体设计思路在于：通过地球上最广泛的资源——水，利用其高损耗、流动性及自身的散热性能，提供了一种低散射可重构缝隙天线，相对于传统结构来说节约了成本、制备简单，并且实现了低散射、rcs可重构的性能。
26.本发明实施例提供一种一种基于液体的低散射可重构缝隙天线，如图1、4 所示，按照层级从高到低的顺序依次包括：上层容器(1)、缝隙天线阵(3)、介质基板(4)和金属背板(6)，其中，在介质基板(4)的正面铺设有缝隙天线阵 (3)，在介质基板(4)的背面铺设有馈电网络(5)。其中，馈电网络(5)的具体布局结构可以如图2所示，馈电网络(5)中，由h形布置的导线，和与h形结构连接的导线组成。所述馈电网络(5)后面为天线的金属背板(6)。
27.如图1所示的，上层容器(1)背后开有槽型结构，开设出槽型结构呈矩阵排列，上层容器(1)与缝隙天线阵(3)安装并贴合，各个槽型结构与所贴合的缝隙天线阵(3)形成空腔。一个槽型结构与至少另一个相邻的槽型结构之间，开设有导流孔，以便于液体在一个槽型结构与至少另一个相邻的槽型结构之间流动，当液体注满所有的空腔后，在每个空腔中形成块状水，得到中间块状水层(2)，且中间块状水层(2)中的所有的块状水都按照所述矩阵进行排列。
28.在本实施例的优选方案中，如图3所示的，空腔的长和宽lw均为5mm，厚度 hw为5mm，在所述矩阵中相邻的空腔之间间距为4mm。缝隙天线阵(3)的缝长l为 33.2mm，宽度w为3mm，阵元间距d为30mm，缝隙天线阵(3)的工作频带接近 3.1ghz。
29.在本实施例的优选方案中，下层基板(4)采用相对介电常数为4.3，损耗角正切为0.025的fr4介质材料。下层基板(4)的长度l为220mm，宽度w为110mm，厚度为1mm。上层容器(1)采用介电常数为2.67且损耗角正切为0.01的亚克力材料。
30.在本实施例的优选方案中，如图9所示的中间水层(2)采用的液体材料为电磁参数满足debye模型的纯水。本实施例所用的液体材料不仅限定于此，也可采用酒精、丙酮等其他液体材料。所述中间水层(2)、填充在上层容器(1)之间；由于水所特有的电磁特性，在水注满和抽干两种状态变化时，该低散射可重构缝隙天线呈现出独特地“辐射性能不变，rcs可重构”的电磁性能，更贴合隐身系统中“智能化”选择。
31.本发明设计一种低散射、rcs可重构的缝隙天线，所述单元结构包括上层容器(1)、中间水层(2)、下层基板(4)、下层基板正面的缝隙天线阵列(3)、下层基板背面的馈电网络(5)以及金属反射板(6)，从而实现了上层容器(1)与排布的水积吸波体保持一致，从而构成
密闭结构，中间块状水层(2)填充在该密闭结构中。
32.本实施例设计了一种基于液体的低散射可重构缝隙天线。在介质基板正面为缝隙天线阵，介质基板背面为馈电网络，缝隙天线阵表面周期排布块状形水基吸波体，上层容器与缝隙天线阵上表面排布的水基吸波体保持一致，二者构成密闭结构；水层则填充在该密闭结构中，天线后为金属背板。本发明通过将缝隙阵列天线与水基吸波体结合起来，利用水的高损耗、流动性，构建了基于液体的低散射可重构天线，并实现良好阻抗匹配，在保证缝隙阵列天线辐射性能的前提下，达到天线低散射、rcs可重构性能。本发明以水的色散特性为研究基础，通过对水的抽入与抽出，获得天线的低散射、rcs可重构性能。
33.本实施例中，天线的辐射方向图参考图7
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8，天线的单站rcs如图5所示，实现了4ghz到18ghz的宽带rcs缩减，天线的双站rcs如图6所示。从而整体结构设计上，实现了天线的低散射、rcs可重构性能，同时满足良好的阻抗匹配以及天线辐射性能要求。
34.综合图5
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10的实验效果可知，本实施例中，通过对所述基于液体的宽带吸波进行横、纵向的周期性排布，利用水的流动性，保证了所述单元结构的中间块状水层(2)内部处处连通，构成高损耗谐振腔体，实现了基于液体的宽频段吸波性能。其中，通过上层容器(1)开出4个槽与缝隙天线阵列(3)的缝隙位置保持一致确保其辐射性能。
35.在实际应用中具备的主要优点在于：通过水的高损耗性能，构成宽带吸波体，结合缝隙天线，实现了天线单站和双站的带外rcs缩减。通过水的流动性能，通过水的抽入与抽出过程，实现了天线rcs的可重构性能。以及还能满足的频带性能，带外可实现4ghz到18ghz的宽带rcs缩减，并保证了带内良好的辐射性能。
36.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。