本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种基于fss透射与无源反射对消技术的宽带低rcs贴片天线。
背景技术：
随着隐身与反隐身技术的发展，具有低rcs性质的微带贴片天线凸显出越来越重要的地位。通常来说，天线的rcs主要包含有两项，分别是结构模式项与天线模式项，其中后者可以通过良好的匹配予以降低，而前者往往难以抑制。在过去的几十年里，研究者们提出了大量的低rcs天线设计，所涉及到的技术手段总结起来主要分为散射吸收、散射扩散、反射对消以及直接透射四大类。这四类rcs减缩技术各有优势，也都具有一定的应用缺陷，如散射吸收往往会损害天线的辐射性能，散射扩散与反射对消一般需要增大天线的口径，而直接透射仅能支持带外的rcs抑制等。因此，有必要将这些技术手段中的部分进行联合，取长补短以提升天线的辐射与散射性能。
文献“combiningfssandebgsurfacesforhigh-efficiencytransmissionandlow-scatteringproperties,(chenghuang,chenji,xiaoyuwu,jiakunsong,andxiangangluo,ieeetransactionsonantennasandpropagation,2018,66(3):1628-1632)”结合了fss的直接透射与ebg表面的反射对消，实现了3.9ghz附近的透射以及8～16ghz频段内的吸波效果，完成双频带的rcs抑制。该设计提供了一种天线罩设计的新思路。然而，针对rcs减缩效果，双频带并没有联合在一起实现更宽频带的减缩。
文献“low-scatteringtri-bandmetasurfaceusingcombinationofdiffusion,absorptionandcancellation,(yaqiangzhuang,guangmingwang,qingfengzhangandchengzhou,ieeeaccess,2018,6:17306-17312)”提出了一种融合散射吸收、散射扩散和反射对消的新设计，其将超材料吸收器用于散射吸收，将混合amc表面用于反射对消，以及将极化偏转超表面用于散射扩散，最终形成了三频带rcs抑制效果。该设计的缺点是三种rcs减缩思路相对独立工作，并没有形成宽带rcs抑制。
上述文献仅仅是提出了多技术结合的低rcs设计思路，并没有应用于天线上。文献“broadbandlow-rcsphasedarraywithwide-anglescanningperformancebasedontheswitchablestackedartificialstructure,(xiaoding,you-fengcheng,weishaoandbing-zhongwang,ieeetransactionsonantennasandpropagation,2019,67(10):6452-6460)”提出了宽带低rcs宽角度扫描相控阵天线，其利用表面波波导的透射性能与超材料吸波器的宽带吸收性能实现了宽带rcs减缩。并且，这种基于表面波波导和超材料吸波器的混合堆栈结构有利于展宽天线单元的波束宽度，进而实现宽角度扫描，促进了天线的辐射性能。然而，这款设计的天线工作带宽较窄，并不适用于宽带天线系统。
从上述文献中可以看出，现代军用与民用系统要求低rcs天线具有宽带工作、宽带rcs减缩以及无损甚至促进天线辐射等性能。因此需要在结合不同的技术手段实现宽带rcs抑制的前提下，还需要进一步促进天线的反射与辐射性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于fss透射与无源反射对消技术的宽带低rcs贴片天线，能够激励起激励贴片与寄生贴片的双重谐振形成宽带阻抗匹配效果，并且结合fss结构的透射性能与混合amc表面的无源反射对消形成宽带rcs减缩，此外混合amc表面的加载还能够提升贴片天线的辐射增益。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，包括自上而下依次设置的第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板的上表面分别设置有寄生贴片、以及多个第一amc贴片组和多个第二amc贴片组，所述寄生贴片设置在第一介质基板的中部，第一amc贴片组和第二amc贴片组呈棋盘形交错排列设置在第一介质基板的上表面；第二介质基板的上表面分别设置有激励贴片和多个上fss贴片，所述激励贴片设置在第二介质基板的中部，上fss贴片呈列阵均匀设置在第二介质基板的上表面，第二介质基板的下表面分别设置有天线地板和多个下fss贴片，所述天线地板与激励贴片对应设置，下fss贴片呈列阵均匀设置在第二介质基板的下表面，sam探针接头的导体依次穿过天线地板、第二介质基板，并与激励贴片连接。
进一步地，所述上fss贴片和下fss贴片的结构相同，且上fss贴片和下fss贴片一一对应设置。
进一步地，第一介质基板和第二介质基板之间存在间隙。
进一步地，所述上fss贴片和amc贴片组一一对应设置，即上fss贴片与第一amc贴片组对应设置，或上fss贴片与第二amc贴片组对应设置。
进一步地，所述上fss贴片上开设有一个十字形槽孔和四个等腰三角形槽孔，所述十字形槽孔位于上fss贴片的中心，所述等腰三角形槽孔均匀环绕上fss贴片的中心设置。优选地，所述上fss贴片为正方形结构，上fss贴片的长为a，十字形槽孔的长为b，十字形槽孔的槽宽为c，等腰三角形槽孔的底边长为d，等腰三角形槽孔的高为e，则a：b：c：d：e为1：0.25～0.4：0.08～0.12：0.30～0.35：0.40～0.45。
进一步地，所述十字形槽孔和等腰三角形槽孔连通，且等腰三角形槽孔的顶部部分与十字形槽孔重叠。
进一步地，所述第一amc贴片组包括四个呈列阵设置的第一amc贴片，所述第一amc贴片包括一个第一圆形amc贴片单元和四个等腰梯形amc贴片单元，且所述等腰梯形amc贴片单元均匀环绕第一圆形amc贴片单元设置；所述第二amc贴片组包括九个呈列阵设置的第二amc贴片，所述第二amc贴片包括一个第二圆形amc贴片单元和四个等腰三角形amc贴片单元，且所述等腰三角形amc贴片单元均匀环绕第二圆形amc贴片单元设置
进一步地，所述第一amc贴片和第二amc贴片分别为正方形结构，第一amc贴片的长为m，第一圆形amc贴片单元的直径为l1，等腰梯形amc贴片单元的下底长为xd，等腰梯形amc贴片单元的上底长为sd，等腰amc贴片单元的高为h，则m：l1：xd：sd：h为1：0.05～0.15：0.5～0.7：0.05～0.15：0.4～0.8；第二amc贴片的长为n，第二圆形amc贴片单元的直径为l2，等腰三角形amc贴片单元的底长为db，等腰三角形amc贴片单元的高为g，则n：l2：db：g为1：0.05～0.15：0.15～0.3：0.4～0.48。
进一步地，所述等腰三角形槽孔位于上fss贴片的中心点。
进一步地，所述寄生贴片、激励贴片、天线地板自上而下位于同一轴线上。
进一步地，所述等腰三角形amc贴片单元的中部设置有两条相互平行的缝隙，所述缝隙将等腰三角形amc贴片单元分隔为自上而下依次设置的三角形单元、第一等腰梯形单元和第二等腰梯形单元。
进一步地，所述寄生贴片、激励贴片、天线地板分别为矩形结构。
进一步地，第一amc贴片组和第二amc贴片组呈棋盘形交错排列并环绕寄生贴片设置在第一介质基板的上表面。
进一步地，所述上fss贴片呈列阵并环绕激励贴片均匀设置在第二介质基板的上表面。
进一步地，所述下fss贴片呈列阵并环绕天线地板均匀设置在第二介质基板的下表面。
宽带低rcs贴片天线的工作原理：宽带低rcs贴片天线通过sma接头探针馈电，激励信号通过激励探针传输到激励贴片上形成谐振与辐射，并且在寄生贴片上形成感应电流进而产生寄生谐振与寄生辐射；天线的反射性能主要来自于寄生贴片和激励贴片上的双谐振，这两个谐振相结合形成宽带效应，反射带宽为7.0ghz～8.2ghz；天线的辐射性能主要来源于寄生贴片和激励贴片上的辐射，并且所加载的混合amc表面能够加强天线的实际增益；天线的散射性能主要来源于双层fss结构的透射加上混合amc表面的反射对消，该能够形成低后向rcs效果，单站rcs抑制带宽为3.2ghz～14.7ghz。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提出了一种宽带低rcs贴片天线，不仅具有带外迅速衰落特性的双层fss结构，还具有宽带反相反射特性的混合amc结构；并联合利用了fss结构的透射性质与混合amc表面的反射对消性质，成功地实现宽带范围内的rcs减缩，单站rcs抑制带宽为3.2ghz～14.7ghz；
(2)本发明引入了寄生结构技术，实现了激励贴片与寄生贴片上的双谐振，进而增强了贴片天线在宽带范围内的阻抗匹配，反射带宽达到7.0ghz～8.2ghz；
(3)本发明所提出混合amc结构不仅能够实现宽带低rcs性能，而且能够增强贴片天线在整个工作频带内的辐射增益；
(4)本发明最终实现了微带贴片天线的反射性能(宽带)、辐射性能(增益增强)以及散射性能(宽带低rcs)的全面提升；通过本发明的实施，能有效增强船载、机载和车载的军事通信系统以及智能蒙皮系统中天线的性能。。
附图说明
图1为本发明宽带低rcs贴片天线的结构示意图；
图2为本发明第一介质基板的俯视图；
图3为本发明第二介质基板的俯视图；
图4为本发明第二介质基板的仰视图；
图5为本发明第一amc贴片的结构示意图；
图6为本发明第二amc贴片的结构示意图；
图7为本发明fss贴片的结构示意图；
图8为混合结构1和混合结构2的仿真反射系数幅度随频率的变化曲线图；
图9为混合结构1和混合结构2的仿真反射系数相位差随频率的变化曲线图；
图10为参考天线的结构示意图；
图11为宽带低rcs贴片天线与参考天线的仿真反射系数随频率的变化曲线图；
图12为宽带低rcs贴片天线与参考天线的实际增益随频率变化曲线图；
图13为宽带低rcs贴片天线在7.5ghz处的仿真辐射方向图；
图14为宽带低rcs天线在8.5ghz处的仿真辐射方向图；
图15为宽带低rcs天线与参考天线在tm极化波垂直入射条件下相的后向rcs仿真曲线图；
图16为宽带低rcs贴片天线与参考天线在te极化波垂直入射条件下相的后向rcs仿真曲线图；
图17为宽带低rcs贴片天线在tm与te极化波垂直入射条件下相较于参考天线的后向rcs抑制仿真曲线图；
图中，1-第一介质基板，2-第二介质基板，3-第一amc贴片组，4-第二amc贴片组，5-寄生贴片，6-激励贴片，7-上fss贴片，8-下fss贴片，9-天线地板，10-导体，11-sam探针接头，12-第一amc贴片，13-第一圆形amc贴片单元，14-等腰梯形amc贴片单元，15-第二amc贴片，16-第二圆形amc贴片单元，17-等腰三角形amc贴片，18-fss贴片，19-十字形槽孔，20-等腰三角形槽孔。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1～图4所示，一种基于fss透射与无源反射对消技术的宽带低rcs贴片天线，包括第一介质基板1和设置在第一介质基板1下方的第二介质基板2，所述第一介质基板1的上表面分别设置有寄生贴片5、以及多个第一amc贴片组3和多个第二amc贴片组4，所述寄生贴片5印刷在第一介质基板1的中部，第一amc贴片组3和第二amc贴片组4呈棋盘形交错排列设置在第一介质基板1的上表面，所述第一amc贴片组3包括四个呈列阵设置的第一amc贴片12，所述第一amc贴片12包括一个第一圆形amc贴片单元13和四个等腰梯形amc贴片单元14，且所述等腰梯形amc贴片单元14均匀环绕第一圆形amc贴片单元13设置；所述第二amc贴片组4包括九个呈列阵设置的第二amc贴片15，所述第二amc贴片15包括一个第二圆形amc贴片单元16和四个等腰三角形amc贴片单元17，且所述等腰三角形amc贴片单元17均匀环绕第二圆形amc贴片单元16设置；第二介质基板2的上表面分别设置有激励贴片6和多个上fss贴片7，所述激励贴片6印刷在第二介质基板1的中部，上fss贴片7呈列阵均匀设置在第二介质基板2的上表面，第二介质基板2的下表面分别设置有天线地板9和多个下fss贴片8，所述天线地板9与激励贴片6对应设置，下fss贴片8呈列阵均匀设置在第二介质基板2的下表面，sam探针接头10的导体11依次穿过天线地板9、第二介质基板2，并与激励贴片6连接；寄生贴片5、激励贴片6、天线地板9、第一介质基板1、第二介质基板2、以及sma探针接头10及其导体11构成贴片天线部分，上fss贴片7、下fss贴片8以及第二介质基板2构成双层fss结构部分，第一amc贴片组3、第一amc贴片组4、以及第一介质基板1构成混合amc表面部分。
具体地，所述上fss贴片7和下fss贴片8的结构相同，且上fss贴片7和下fss贴片8一一对应设置。
具体地，第一介质基板1和第二介质基板2之间存在间隙。
具体地，所述上fss贴片7和amc贴片组一一对应设置，即上fss贴片7与第一amc贴片组3对应设置，或上fss贴片7与第二amc贴片组1对应设置。
具体地，fss贴片18(即为上fss贴片7和下fss贴片8)上开设有一个十字形槽孔19和四个等腰三角形槽孔20，所述十字形槽孔19位于fss贴片18的中心，所述等腰三角形槽孔20均匀环绕fss贴片18的中心设置。优选地，所述fss贴片18为正方形结构，fss贴片18的长为a，十字形槽孔19的长为b，十字形槽孔19的槽宽为c，等腰三角形槽孔20的底边长为d，等腰三角形槽孔20的高为e，则a：b：c：d：e为1：0.25～0.4：0.08～0.12：0.30～0.35：0.40～0.45。
具体地，所述十字形槽孔19和等腰三角形槽孔20连通，且等腰三角形槽孔20的顶部部分与十字形槽孔19重叠。
具体地，所述第一amc贴片12和第二amc贴片15分别为正方形结构，第一amc贴片12的长为m，第一圆形amc贴片单元13的直径为l1，等腰梯形amc贴片单元14的下底长为xd，等腰梯形amc贴片单元14的上底长为sd，等腰amc贴片单元14的高为h，则m：l1：xd：sd：h为1：0.05～0.15：0.5～0.7：0.05～0.15：0.4～0.8；第二amc贴片15的长为n，第二圆形amc贴片单元16的直径为l2，等腰三角形amc贴片单元17的底长为db，等腰三角形amc贴片单元17的高为g，则n：l2：db：g为1：0.05～0.15：0.15～0.3：0.4～0.48。
具体地，所述等腰三角形槽孔20位于fss贴片18的中心点。
具体地，所述寄生贴片5、激励贴片6、天线地板9自上而下位于同一轴线上。
具体地，所述等腰三角形amc贴片单元14的中部设置有两条相互平行的缝隙，所述缝隙将等腰三角形amc贴片单元14分隔为自上而下依次设置的三角形单元、第一等腰梯形单元和第二等腰梯形单元。
具体地，所述寄生贴片5、激励贴片6、天线地板9分别为矩形结构。
具体地，第一amc贴片组3和第二amc贴片组4呈棋盘形交错排列并环绕寄生贴片5设置在第一介质基板1的上表面。
具体地，所述上fss贴片7呈列阵并环绕激励贴片6均匀设置在第二介质基板2的上表面。
具体地，所述下fss贴片8呈列阵并环绕天线地板9均匀设置在第二介质基板2的下表面。
具体地，所述宽带低rcs贴片天线包括12个第一amc贴片组3、12个第二amc贴片组4、24个上fss贴片7、以及24个下fss贴片8。
在一个试验例中，在第一介质基板1的上表面印刷3*3的第一amc贴片12，在第二介质基板2的上表面印刷一个上fss贴片7，第二介质基板2的下表面印刷一个下fss贴片8，组成第一种混合堆栈结构，记为混合结构1；在第一介质基板1的上表面印刷3*3的第二amc贴片15，在第二介质基板2的上表面印刷一个上fss贴片7，第二介质基板2的下表面印刷一个下fss贴片8，组成第二种混合堆栈结构，记为混合结构2，将混合结构1和混合结构2进行检测，检测结果如图8和图9所示，图8是混合结构1和混合结构2的仿真反射系数幅度随频率的变化曲线，从图中可以看出，两种混合结构单元在4.2ghz～5.0ghz范围内具有透射效果，在5.0ghz～12.0ghz范围内具有反射效果。
图9是混合结构1和混合结构2的仿真反射系数相位差随频率的变化曲线，从图中可以看出，两种混合结构单元在5.5ghz～12.0ghz范围内具有反相反射的性质。
设置一个参考天线，参考天线的结构如图10所示，包括介质基板，设置在介质基板上表面的激励贴片6，设置在介质基板底部的天线地板9，以及设置在天线地板底部的sma接头10，sma接头10的导体11依次穿过天线地板9、介质基板，并与激励贴片6连接，将本发明的宽带低rcs贴片天线与参考天线进行对比检测，检测结果如图11～图16所示。
图11是宽带低rcs贴片天线与参考天线的仿真反射系数随频率的变化曲线，可以看出宽带低rcs贴片天线相较于参考天线具有更宽的阻抗匹配带宽(7.0ghz～8.2ghz)。
图12是宽带低rcs贴片天线与参考天线的实际增益随频率变化曲线，可以看出宽带低rcs贴片天线相较于参考天线在天线阻抗带宽内具有更高的实际增益。
图13是宽带低rcs贴片天线在7.5ghz处的仿真辐射方向图，从图中可以看出，宽带低rcs贴片天线具有侧射辐射方向图与较低的交叉极化。
图14是宽带低rcs天线在8.5ghz处的仿真辐射方向图，从图中可以看出，宽带低rcs贴片天线具有侧射辐射方向图与较低的交叉极化。
图15是宽带低rcs天线与参考天线在tm极化波垂直入射条件下相的后向rcs仿真曲线；从图中可以看出，宽带低rcs贴片天线在tm极化波垂直入射条件下相的后向rcs抑制频带范围为3.2ghz～14.7ghz。
图16是宽带低rcs贴片天线与参考天线在te极化波垂直入射条件下相的后向rcs仿真曲线；从图中可以看出，宽带低rcs贴片天线在te极化波垂直入射条件下相的后向rcs抑制频带范围为3.2ghz～14.7ghz。
图17是宽带低rcs贴片天线在tm与te极化波垂直入射条件下相较于参考天线的后向rcs抑制仿真曲线；从图中可以看出，宽带低rcs贴片天线在tm极化波垂直入射条件下相的后向rcs抑制(-6db)频带范围为3.2ghz～14.7ghz，在tm极化波垂直入射条件下相的后向rcs抑制(-6db)频带范围为3.2ghz～14.7ghz。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
1.一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，包括自上而下依次设置的第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板的上表面设有寄生贴片、多个第一amc贴片组和多个第二amc贴片组，所述寄生贴片设在第一介质基板的中部，第一amc贴片组和第二amc贴片组呈棋盘形交错排列设置在第一介质基板的上表面；第二介质基板的上表面设有激励贴片和多个上fss贴片，所述激励贴片设置在第二介质基板的中部，上fss贴片呈列阵设在第二介质基板的上表面，第二介质基板的下表面设有天线地板和多个下fss贴片，所述天线地板与激励贴片对应设置，下fss贴片呈列阵设在第二介质基板的下表面，sam探针接头的导体依次穿过天线地板、第二介质基板，并与激励贴片连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，所述上fss贴片和下fss贴片的结构相同，且上fss贴片和下fss贴片一一对应设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，所述上fss贴片上开设有一个十字形槽孔和四个等腰三角形槽孔，所述十字形槽孔位于上fss贴片的中心，所述等腰三角形槽孔均匀环绕上fss贴片的中心设置。
4.根据权利要求3所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，所述等腰三角形槽孔位于上fss贴片的中心点。
5.根据权利要求1所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，所述寄生贴片、激励贴片、天线地板自上而下位于同一轴线上。
6.根据权利要求1所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，所述第一amc贴片组包括四个呈列阵设置的第一amc贴片，所述第一amc贴片包括一个第一圆形amc贴片单元和四个等腰梯形amc贴片单元，且所述等腰梯形amc贴片单元均匀环绕第一圆形amc贴片单元设置；所述第二amc贴片组包括九个呈列阵设置的第二amc贴片，所述第二amc贴片包括一个第二圆形amc贴片单元和四个等腰三角形amc贴片单元，且所述等腰三角形amc贴片单元均匀环绕第二圆形amc贴片单元设置。
7.根据权利要求6所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，所述等腰三角形amc贴片单元的中部设置有两条相互平行的缝隙，所述缝隙将等腰三角形amc贴片单元分隔为自上而下依次设置的三角形单元、第一等腰梯形单元和第二等腰梯形单元。
8.根据权利要求1所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，第一amc贴片组和第二amc贴片组呈棋盘形交错排列并环绕寄生贴片设置在第一介质基板的上表面。
9.根据权利要求1所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，所述上fss贴片呈列阵并环绕激励贴片均匀设置在第二介质基板的上表面。
10.根据权利要求1所述的一种基于fss透射与反射对消的宽带低rcs贴片天线，其特征在于，所述下fss贴片呈列阵并环绕天线地板均匀设置在第二介质基板的下表面。
技术总结