《電子技術應用》
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一種低剖面低RCS磁電偶極子天線陣列的設計
電子技術應用
劉豐銘1,，2，汪敏1，2,，王杰傳1,，2,，吳昊1,，2，吳文1,，2
1.南京理工大學 電子工程與光電技術學院,； 2.近程射頻感知芯片與微系統(tǒng)教育部重點實驗室
摘要： 設計了一種低剖面寬帶低RCS磁電偶極子陣列。從輻射散射聯(lián)合特性的角度研究天線單元的諧振特性,，構造出具有相同輻射性能,、對交叉極化來波反射相位接近反相的兩種不同單元。在主極化方向采用同一單元和SIW差分饋電構造寬帶匹配的子陣，帶內良好匹配實現(xiàn)對主極化波的低散射,；再通過將子陣鏡像布陣實現(xiàn)對于交叉極化來波的散射相消,，從而有效縮減天線RCS。該天線工作頻帶為26.77~34.35 GHz（24.8%）,，峰值增益為17.7 dBi,。與采用同一類型單元的參考陣列對比，所提磁電偶極子陣列在22.5~34.5 GHz范圍實現(xiàn)了-10 dB交叉極化RCS縮減,，并且輻射頻帶內沒有明顯的增益損失,。
中圖分類號：TN82 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245394
中文引用格式： 劉豐銘，汪敏,，王杰傳，等. 一種低剖面低RCS磁電偶極子天線陣列的設計[J]. 電子技術應用,，2024,，50(9)：31-35.
英文引用格式： Liu Fengming，Wang Min,，Wang Jiechuan,，et al. The design of a low profile and low RCS magneto-electric dipole antenna array[J]. Application of Electronic Technique，2024,，50(9)：31-35.
The design of a low profile and low RCS magneto-electric dipole antenna array
Liu Fengming1,，2，Wang Min1,，2,，Wang Jiechuan1，2,，Wu Hao1,，2，Wu Wen1,，2
1.School of Electronic and Optical Engineering,， Nanjing University of Science and Technology； 2.Key Laboratory of Near-Range RF Sensing ICs & Microsystems（NJUST）,， Ministry of Education
Abstract： A low-profile, wideband, low Radar Cross Section (RCS) magneto-electric dipole array antenna is designed in this paper. The resonant characteristics of the antenna unit are studied from the perspective of radiation and scattering coupling, resulting in the construction of two different units with similar radiation performance but nearly opposite phase reflections for the cross-polarized incident waves. A wideband-matched sub-array with low scattering for the main polarized wave is formed by using the same unit and SIW differential feeding in the main polarization direction. Subsequently, the scattering phase cancellation for the cross-polarized incident waves is achieved by deploying the sub-array in a mirrored configuration, effectively reducing the RCS of the antenna. The antenna operates in the frequency range of 26.77 GHz to 34.35 GHz (24.8%) with a peak gain of 17.7 dBi. Compared with the reference array using the same type of unit, the proposed magnetoelectric dipole array achieves a reduction of -10 dB in cross-polarization RCS from 22.5 GHz to 34.5 GHz, without significant gain loss within the radiation band.
Key words : magneto-electric dipole antenna,；RCS reduction；wideband antenna,；low profile,；differential feeding；SIW

引言

近年來,，機載平臺的雷達散射截面（Radar Cross Section,，RCS）縮減問題引起了廣泛關注[1]。在特定頻譜、入射角范圍和極化條件下降低RCS對機載天線陣列的研發(fā)提出了新的挑戰(zhàn),，這一要求在保持其輻射性能的前提下顯得尤為重要,。

當前正在研究多種技術來降低天線的RCS。例如,，超表面在減少RCS方面受到了廣泛關注,，由于其在調控電磁波的幅度、相位和極化方面具有特性,。用于減少RCS的典型超表面包括人造磁導體（Artificial Magnetic Conductor,，AMC）[2-3]、頻率選擇表面（Frequency Selective Surface,，F(xiàn)SS）[4],、電磁帶隙（Electromagnetic Band-Gap，EBG）[5]等諸多結構,。然而,，加載超表面會在現(xiàn)有天線陣列中引入額外的結構，增加天線剖面的同時降低了其增益或阻抗帶寬,，過高的剖面會增大風阻,，不利于與載體的集成，增益和帶寬的損失也會對天線性能指標提出更嚴苛的要求,。

因此,，迫切需要不影響天線輻射特性的RCS縮減技術?；诨刹▽В⊿ubstrate Integrated Waveguide,，SIW）的磁電偶極子天線展現(xiàn)出一系列優(yōu)勢，包括低剖面,、易加工,、饋電簡便、交叉極化低,、寬帶特性和穩(wěn)定的增益,。然而，目前已有的磁電偶極子天線RCS縮減技術主要采用疊加超表面的方式[6],，或從單個天線單元的角度進行開發(fā),，尚未利用磁電偶極子陣列本身實現(xiàn)陣列級別上的RCS縮減技術。

Gou等人針對剖面較高的Vivaldi天線陣列,，提出在單元上構造不同的電流路徑,，實現(xiàn)兩種輻射性能相近、散射相位相差180°的Vivaldi天線單元,，利用兩種單元棋盤式布陣引入陣列級散射抵消,，從而實現(xiàn)低散射（包括單站和雙站RCS）和高輻射性能[7],。采用這種方法的陣列具有更為簡單的結構，為機載天線及其陣列的隱身需求提供了一種新的解決方案,。然而,，該方法所應用的天線存在剖面過高和輻射特性不穩(wěn)定的問題。

針對上述問題,，本文首先從輻射散射聯(lián)合特性的角度研究天線單元的諧振特性,，通過周期邊界仿真構造出具有相同輻射性能和180°散射相差不同單元。其次,，在主極化方向采用相同單元和SIW差分饋電構造寬帶匹配的子陣,，帶內良好匹配實現(xiàn)對主極化來波的低散射；通過將子陣鏡像布陣實現(xiàn)對于交叉極化來波的散射相消,，有效縮減RCS的同時兼顧了穩(wěn)定的增益輻射,。


本文詳細內容請下載：

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作者信息：

劉豐銘1，2,，汪敏1,，2，王杰傳1,，2,，吳昊1,，2,，吳文1，2

（1.南京理工大學 電子工程與光電技術學院,，江蘇 南京 210094,；

2.近程射頻感知芯片與微系統(tǒng)教育部重點實驗室，江蘇 南京 210094）


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