CN113113783A - 一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线 - Google Patents

一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线 Download PDF

Info

Publication number
CN113113783A
CN113113783A CN202110255945.8A CN202110255945A CN113113783A CN 113113783 A CN113113783 A CN 113113783A CN 202110255945 A CN202110255945 A CN 202110255945A CN 113113783 A CN113113783 A CN 113113783A
Authority
CN
China
Prior art keywords
head
dielectric substrate
gain
radiator
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110255945.8A
Other languages
English (en)
Inventor
曾琅
张德明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN202110255945.8A priority Critical patent/CN113113783A/zh
Publication of CN113113783A publication Critical patent/CN113113783A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/002—Protection against seismic waves, thermal radiation or other disturbances, e.g. nuclear explosion; Arrangements for improving the power handling capability of an antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/285—Aircraft wire antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，所述微带贴片单元包括介质基板、辐射体及接地板，所述接地板与所述介质基板底部的金属薄层相接，并位于所述介质基板的下方，所述辐射体嵌设在所述介质基板的上部，通过所述微带贴片单元阵列，组成与飞行器载体表面贴合并与飞行器头部共型的8*8阵列天线，同时采用T形功分结构实现1分64馈电，减少了布阵所需空间且降低耦合度，避免平面阵列固有的波束扫描性能随扫描角度增大而快速下降的缺点，实现更广的波束覆盖范围，具有馈电简单和增益高的优点。

Description

一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线。
背景技术
为满足通信需求，军用飞机上装有多种不同用途的天线，且大多都突出在机身外部。突出在机身外部的天线多为刀型天线或鞭状天线，但装在飞机内部或外部的传统天线，都会对严重影响飞机的气动特性，还会增大飞机的雷达散射截面，对隐身飞机非常致命。
因此，共型天线在现代飞行器上的应用成为热点问题，由于其能够满足飞行器新的功能要求，采用共型天线后，天线和天线罩将一体化，不再需要额外的天线罩来保护天线，能够显著改善飞行器的气动特性、增大天线孔径、降低载机的后向雷达散射截面，在航空航天领域有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，旨在避免平面阵列固有的波束扫描性能随扫描角度增大而快速下降的缺点，实现更广的波束覆盖范围，具有馈电简单和增益高的优点。
为实现上述目的，本发明采用的一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线与飞行器载体表面贴合，且与飞行器头部共型，所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线由微带贴片单元阵列布置组成，所述微带贴片单元的阵列方式为8*8均匀阵列；
所述微带贴片单元包括介质基板、辐射体及接地板，所述接地板与所述介质基板底部的金属薄层相接，并位于所述介质基板的下方，所述辐射体嵌设在所述介质基板的上部。
其中，所述介质基板的厚度小于所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线的工作波长的1/4。
其中，所述微带贴片单元呈边长相等的矩形设置，所述辐射体的贴片长度由所述介质基板的介电常数以及所述接地板与所述辐射体之间的等效辐射缝隙决定。
其中，所述辐射体上开设有两个对称设置的卡槽。
其中，所述微带贴片单元的馈电形式由50欧姆微带线馈入，再通过T型功率分配，具体为1分64等幅。
本发明的一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，通过所述微带贴片单元阵列，组成与飞行器载体表面贴合并与飞行器头部共型的8*8阵列天线，同时采用T形功分结构实现1分64馈电，减少了布阵所需空间且降低耦合度，避免平面阵列固有的波束扫描性能随扫描角度增大而快速下降的缺点，实现更广的波束覆盖范围，具有馈电简单和增益高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1是本发明的一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线的模型示意图。
图2是本发明的微带贴片单元的结构示意图。
图3是本发明的仿真实施例的阵元的结构示意图。
图4是本发明的仿真实施例的阵元参数曲线图。
图5是本发明的仿真实施例的平面阵列天线模型示意图。
图6是本发明的仿真实施例的平面阵列天线仿真增益结果图。
图7是本发明的仿真实施例的柱面共形阵列天线模型示意图。
图8是本发明的仿真实施例的柱面共形阵列天线仿真增益结果图。
1-微带贴片单元、10-介质基板、11-辐射体、12-接地板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图2，本发明提供了一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线与飞行器载体表面贴合，且与飞行器头部共型，所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线由微带贴片单元1阵列布置组成，所述微带贴片单元1的阵列方式为8*8均匀阵列；
所述微带贴片单元1包括介质基板10、辐射体11及接地板12，所述接地板12与所述介质基板10底部的金属薄层相接，并位于所述介质基板10的下方，所述辐射体11嵌设在所述介质基板10的上部。
所述介质基板10的厚度小于所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线的工作波长的1/4。
所述微带贴片单元1呈边长相等的矩形设置，所述辐射体11的贴片长度由所述介质基板10的介电常数以及所述接地板12与所述辐射体11之间的等效辐射缝隙决定。
所述辐射体11上开设有两个对称设置的卡槽。
所述微带贴片单元1的馈电形式由50欧姆微带线馈入，再通过T型功率分配，具体为1分64等幅。
在本实施方式中，所述介质基板10的厚度远小于波长，所述介质基板10底部的金属薄层与接地板12相接，正面则通过光刻工艺制作具有特定形状的金属薄层作为辐射体11，所述微带贴片单元1呈8*8均匀阵列组成共型天线，采用具有一定弹性与延展性的柔性材料设计，与载体表面贴合，阵元波束指向沿曲面方向基本可以实现完全覆盖，在节省空间的同时可以避免平面阵列固有的波束扫描性能随扫描角度增大而快速下降的缺点，实现更广的波束覆盖范围。
请参阅图3至图8，本发明提供了所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线的仿真实施例：
可由公式(1)计算得到所述微带贴片单元1的矩形贴片的宽度
Figure BDA0002967132550000041
其中c0为光速，f0为中心频率，εr为基板介电常数。
微带贴片单元1的有效介电常数由公式(2)得到
Figure BDA0002967132550000042
由于矩形贴片存在的边缘缩短效应，ΔL是等效辐射缝隙的长度，可由下式得到
Figure BDA0002967132550000043
则实际的辐射体11贴片长度L应为：
Figure BDA0002967132550000044
得到初始尺寸后，采用中心嵌入式结构进行单元馈电。传统形式微带天线的辐射阻抗一般会在天线与馈线间加一个阻抗转换器以实现较小的反射，但这种加载阻抗转换器的贴片天线，结构繁琐且需要提供阻抗转换器的加载空间，难以实现小型化。中心嵌入式馈电贴片天线，是利用阻抗加载的原理，通过在馈线与天线间开两个槽，在天线的馈线上加载一个电抗，从而可实现较小空间内的阻抗匹配。
经过优化后阵元参数如下表所示，其S参数与增益仿真结果请参阅图4，S11在中心频率15GHz处小于30dB,增益达到6.7dB。
变量 Px Py Sx Sy Lx Ly h
值(mm) 6.4 8 1.5 0.9 6.5 0.4 0.508
基于微带阵元进行平面阵列设计，由于天线尺寸较小，空间有限，因此采用T型功分结构。为减少布阵所需空间且降低耦合度，对T型功分结构进行改进，为实现波束集中指向0°，所设计平面阵列天线模型请参阅图5，为8*8均匀阵列，采用改进T型功分结构实现1分64馈电，最终采用弯折结构实现1分64等幅馈电。
平面阵列天线增益仿真结果请参阅图6，在平面状态下主波束增益可达22.87dB。
将平面阵列天线与柱面共形后模型如图7所示，根据共形圆柱半径的不同，天线的增益也会发生相应的衰减，波束指向也会有所偏转。当共形柱面半径为600mm时，该共形阵列天线方向图仿真结果如图8所示，E面与H面主波束增益分别下降至21.34dB与20.15dB，较平面阵列模型相比分别下降了1.53dB、2.72dB，同时主波束方向分别发生了4°与2°的偏转。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，其特征在于，
所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线与飞行器载体表面贴合，且与飞行器头部共型，所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线由微带贴片单元阵列布置组成，所述微带贴片单元的阵列方式为8*8均匀阵列；
所述微带贴片单元包括介质基板、辐射体及接地板，所述接地板与所述介质基板底部的金属薄层相接，并位于所述介质基板的下方，所述辐射体嵌设在所述介质基板的上部。
2.如权利要求1所述的适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，其特征在于，
所述介质基板的厚度小于所述适用于高速飞行器头部的高增益共型天线的工作波长的1/4。
3.如权利要求1所述的适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，其特征在于，
所述微带贴片单元呈边长相等的矩形设置，所述辐射体的贴片长度由所述介质基板的介电常数以及所述接地板与所述辐射体之间的等效辐射缝隙决定。
4.如权利要求1所述的适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，其特征在于，
所述辐射体上开设有两个对称设置的卡槽。
5.如权利要求1所述的适用于高速飞行器头部的高增益共型天线，其特征在于，
所述微带贴片单元的馈电形式由50欧姆微带线馈入，再通过T型功率分配，具体为1分64等幅。
CN202110255945.8A 2021-03-09 2021-03-09 一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线 Pending CN113113783A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110255945.8A CN113113783A (zh) 2021-03-09 2021-03-09 一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110255945.8A CN113113783A (zh) 2021-03-09 2021-03-09 一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113113783A true CN113113783A (zh) 2021-07-13

Family

ID=76710879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110255945.8A Pending CN113113783A (zh) 2021-03-09 2021-03-09 一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113113783A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030020666A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-30 Peter John Wright Conformal phased array antenna
CN1473377A (zh) * 2000-10-31 2004-02-04 ���﹫˾ 宽带相控阵天线及其相关方法
CN101267063A (zh) * 2007-11-19 2008-09-17 哈尔滨工业大学 一种毫米波段4×4圆锥共形双频微带天线及其设计方法
US20120242539A1 (en) * 2011-01-28 2012-09-27 Thales Alenia Space Italia S.P.A. Con Unico Socio Antenna system for low-earth-orbit satellites
CN110690584A (zh) * 2019-10-23 2020-01-14 湖南国科锐承电子科技有限公司 一种低剖面宽带宽角柱面共形多波束微带阵列天线
US20200227814A1 (en) * 2019-01-11 2020-07-16 The Boeing Company Conformal antenna with integrated electronics

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1473377A (zh) * 2000-10-31 2004-02-04 ���﹫˾ 宽带相控阵天线及其相关方法
US20030020666A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-30 Peter John Wright Conformal phased array antenna
CN101267063A (zh) * 2007-11-19 2008-09-17 哈尔滨工业大学 一种毫米波段4×4圆锥共形双频微带天线及其设计方法
US20120242539A1 (en) * 2011-01-28 2012-09-27 Thales Alenia Space Italia S.P.A. Con Unico Socio Antenna system for low-earth-orbit satellites
US20200227814A1 (en) * 2019-01-11 2020-07-16 The Boeing Company Conformal antenna with integrated electronics
CN110690584A (zh) * 2019-10-23 2020-01-14 湖南国科锐承电子科技有限公司 一种低剖面宽带宽角柱面共形多波束微带阵列天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
傅世强: "《射频电路设计与应用》", 15 November 2018 *
理查德•布洛克利: "《动力学与控制》", 15 June 2016 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110137672B (zh) 一种集边射和端射于一体的波束扫描天线阵列
US20190089069A1 (en) Broadband phased array antenna system with hybrid radiating elements
US7847737B2 (en) Antenna apparatus
CN113748572A (zh) 具有成角度馈电柄的辐射元件和包括该辐射元件的基站天线
CN108682940A (zh) 一种超宽带高增益共口径阵列天线
CN108511924A (zh) 一种用于毫米波通信***的宽带端射天线阵列
CN108879085A (zh) 一种低交叉极化微带贴片天线
CN113594677A (zh) 毫米波高增益串馈微带环天线
WO2020000364A1 (zh) 一种天线及无线设备
CN110729555B (zh) 顶空零点的多频共形天线及工作方法
CN210443662U (zh) 新型k波段高增益超材料微带天线
US20230231317A1 (en) Array antenna
US5657032A (en) Aircraft cellular communications antenna
CN114725669A (zh) 一种末端弯折的电阻加载小型化对跖Vivaldi天线
CN110190393B (zh) 金属柱透镜加载的高增益渐变槽线天线
CN112054307A (zh) 一种周期性加载寄生贴片增益稳定的微带漏波天线
CN107275752A (zh) 基于人工电磁结构的圆柱共形微带阵列天线
CN108666747B (zh) 一种低剖面阵列天线
CN113113783A (zh) 一种适用于高速飞行器头部的高增益共型天线
CN116053777A (zh) 一种应用于毫米波段相控阵的双极化微带贴片天线
CN113690636B (zh) 基于超表面的毫米波宽角扫描相控阵天线
CN115173068A (zh) 宽带圆极化的基片集成波导喇叭天线阵列及无线通信设备
CN114566798A (zh) 低剖面双极化强耦合超宽带全机翼共形偶极子相控阵天线
CN110739536B (zh) 半模Vivaldi天线及小型化大角度频扫天线阵列
CN110729559B (zh) 一种多频差分定向混合天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210713