论文来源：https://ieeexplore.ieee.org/document/10309141

摘要

文章提出了一种低雷达散射截面（RCS）的扩散天线阵列。

作为示例，一个8×8的缝隙天线阵列与两个极化转换器集成，这与传统的天线+整流罩结构不同，传统结构中整流罩是放置在天线外部的。缝隙天线还充当了放置在缝隙阵列上方的两个极化器的反射平面。该集成结构通过交叉极化的极化转换来扩散带外入射波。

一、背景介绍

设计一种低RCS和高增益的天线阵列，在其工作频段之外具有低RCS特性，同时不降低其高增益辐射特性，是至关重要的。

方法一及缺点：
采用扩散整流罩是基于相位抵消来减少后向散射的代表性方法之一，它可以将入射波扩散到其他方向。根据相位抵消理论，由具有180°反射相位差的元件组成的编码超表面可以实现有效的破坏性干涉，从而显著降低后向散射。

大多数天线整流罩设计在自由空间中，这意味着它们需要放置在离天线有一定距离的位置。否则，整流罩与天线之间的互耦不仅会降低整流罩的传输性能，还会导致天线孔径上的电场分布恶化，从而导致辐射特性恶化。由于添加了空气间隔，这种配置的高剖面难以克服。

方法二及缺点：
一些已发表的论文集中于集成低RCS天线设计。然而，它们考虑的是低增益天线，通常放置在大地平面上。此外，在这种集成设计中，实现低频段和高频段的良好RCS减少性能更加困难。

二、天线结构

论文所提出的天线设计如图1所示。

图1 天线结构.

该结构由一个8×8的缝隙天线阵列和两个极化转换器组成，底部天线充当上面两层的等效反射平面。在天线的工作频段内，极化器是透明的，具有高传输性能。因此，缝隙天线阵列的辐射性能得到了很好的保持。带外入射波被编码超表面扩散，导致低后向散射。

A. 缝隙天线

图2 缝隙天线.

选用一个线极化的8×8微带馈电腔背缝隙天线阵列作为基准阵列。单个缝隙天线元件如图2所示。缝隙的长度大约相当于半波长，中心工作频率为9 GHz。

天线在带外具有高反射，可以在两侧频段作为反射地使用。

B. 低频扩散单元

第一层负责低频扩散，其单元如图3(a)所示。通过使用弯曲线条，单元的尺寸被缩小，从而使一些谐波共振远离感兴趣的频段。

C. 高频扩散单元

第二层设计用于高频扩散，其单元结构如图3(b)所示。

图3 低频&高频扩散单元.

D. 集成设计

为了实现高带外交叉极化反射，将两个极化器与辐射缝隙集成，集成元件如图1所示。天线在低频段和高频段充当反射地，入射波在共振频率附近被转换为交叉极化反射。

它们的交叉极化反射本质上具有180°的相位差。因此，通过组合这两种单元可以实现扩散波。

三、验证

一个具有两个扩散频段的低RCS天线阵列是由两种类型的集成元件形成的。样品有2×2个区块，每个区块由4×4个集成元件组成。相邻区块之间的反射相位有180°的差异，以生成后向散射波的扩散。为了验证，样品如图4所示被制造出来。此外，引入了一个64路功率分配网络作为馈电网络。

图4 阵列天线样品.

图5 天线在入射波下的反射方向图.

图5显示了低RCS天线阵列在x极化垂直入射下的归一化3D散射图案，在两个扩散频段（5 GHz和12 GHz）。可以看到，后向散射功率扩散到四个主要方向，这进一步验证了基于扩散机制的显著RCS减小可以实现。

总结

提出了一种由两个极化器和一个缝隙天线阵列组成的扩散低RCS天线阵列。与传统的通常远离天线放置的整流罩不同，所提出的低RCS天线是一个集成结构。与基准阵列相比，低RCS阵列具有类似的带内辐射性能，并且在带外RCS减小显著。样品已经实现，并且在RCS减小频段中可以观察到扩散波，验证了散射取消机制。结果表明，所提出的天线阵列具有潜在的应用前景，期待在带内实现高增益辐射，并在带外实现低后向散射。