L波段彈載共形陣列天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微帶陣列天線，具體涉及一種L波段彈載共形陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]在某些衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)或者微波通信系統(tǒng)中，一方面為了提高通信質(zhì)量，減小電磁波能量損失，另一方面為了精確定位、實時跟蹤和通信，往往要求終端天線損耗低、受干擾程度小，信號能夠全方位覆蓋。
[0003]特別是彈體在飛行過程中，必須實時對彈體的飛行姿態(tài)和飛行速度以及相關(guān)位置信息進行監(jiān)測和反饋。這時就需要天線工作極化方式為圓極化，可以抗干擾；電磁波全向輻射，通信無盲區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種L波段彈載共形陣列天線，方便在導(dǎo)航定位通信領(lǐng)域的信號監(jiān)測和傳輸。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
L波段彈載共形陣列天線，其特征在于:
包括天線輻射單元、同軸功分器、天線罩和彈體；
彈體呈圓筒形，內(nèi)部安置有同軸功分器；彈體中段外周設(shè)置環(huán)形的凹槽，凹槽內(nèi)環(huán)向均勻布置有四個天線輻射單元，天線輻射單元呈弧板形，形狀與彈體相適應(yīng)；天線輻射單元外環(huán)套有圓筒狀的天線罩，天線罩的外壁與彈體外壁共面；
同軸功分器通過四條同軸電纜與四個天線輻射單元相接。
[0006]天線輻射單元由外到內(nèi)包括三層弧片結(jié)構(gòu)，輻射片、介質(zhì)板和接地板；
天線輻射單元內(nèi)側(cè)設(shè)置有同軸連接器，通過同軸電纜接入同軸功分器的同軸連接器。
[0007]同軸功分器包含有腔體；
腔體頂端設(shè)置一個同軸連接器，底端設(shè)置四個同軸連接器；
頂端的一個同軸連接器通過腔體內(nèi)部的微帶板與底端的四個同軸連接器相接。
[0008]介質(zhì)板為正方形弧片，采用Rogers TMM 1i材料；
輻射片為圓形弧片，采用銅箔材料。
[0009]微帶板為矩形，由微帶傳輸線、微帶介質(zhì)板、微帶接地板組成。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明對天線輻射單元和同軸功分器的相關(guān)參數(shù)分別進行了設(shè)計優(yōu)化。在保證所要求的正常工作頻率帶寬和方向圖帶寬的前提下，實現(xiàn)天線工作極化方式為圓極化，電磁波全向輻射，并達到要求的電氣指標(biāo)(增益、軸比、波束寬度、駐波比等)，結(jié)構(gòu)方面天線體積小、重量輕，便于安裝和調(diào)試，其中同軸功分器達到低插入損耗，等幅同相輸出等技術(shù)要求?？傮w設(shè)計實現(xiàn)了彈載共形天線要求的功能，并適用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位以及微波通信等領(lǐng)域。
[0011]本發(fā)明采用天線輻射單元和同軸功分器的組合方式，其特點在于一方面天線要安裝在彈體上，需與彈體的曲率一樣，這樣就要求天線的結(jié)構(gòu)形式為共形。另一方面一分四同軸功分器等幅同相輸出四路信號，當(dāng)信號分別進入四個天線單元時，由于外界電磁波信號的激勵，通過相位、幅度的疊加實現(xiàn)功率的合成(方向圖合成)，最終實現(xiàn)天線圓極化全向輻射，進而解決了單天線波束窄、輻射盲區(qū)，不能實時定位的問題。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明俯視結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是本發(fā)明刨面結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3是天線輻射單元的剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4是同軸功分器的剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖5是天線罩的剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖6是彈體的剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中，1-天線輻射單元，2-同軸功分器，3-天線罩，4-彈體，11-同軸電纜，12-同軸連接器，13-接地板，14-介質(zhì)板，15-輻射片，21-微帶板，22-腔體。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0020]本發(fā)明涉及一種L波段彈載共形陣列天線，包括天線輻射單元1、同軸功分器2、天線罩3和彈體4，天線輻射單元1、同軸功分器2、天線罩3全部安裝在彈體上后固定不動，隨載體一起做運動。
[0021]彈體4呈圓筒形，內(nèi)部安置有同軸功分器2 ;彈體4中段外周設(shè)置環(huán)形的凹槽，凹槽內(nèi)環(huán)向均勻布置有四個天線輻射單元1，分別按0°、90°、180°、270°的位置關(guān)系安裝。天線輻射單元I呈弧板形，形狀與彈體4相適應(yīng)；天線輻射單元I外環(huán)套有圓筒狀的天線罩3，天線罩3的外壁與彈體4外壁共面。同軸功分器2通過四條同軸電纜11與四個天線輻射單元I相接。每個天線輻射單元I有一個端口，共四個端口 ；同軸功分器2有一個輸入口和四個輸出口，共五個端口。
[0022]所述天線輻射單元I具有良好的頻率帶寬和方向圖帶寬，反射小，損耗低，體積小、低刨面、便于共形。在單獨使用時，其工作頻率可以是單頻或是多頻，主要的結(jié)構(gòu)形式為單層和多層。天線輻射單元I由外到內(nèi)包括三層弧片結(jié)構(gòu)，輻射片15、介質(zhì)板14和接地板13，均為共形；天線輻射單元I內(nèi)側(cè)設(shè)置有同軸連接器12，通過同軸電纜11接入同軸功分器2的同軸連接器12。
[0023]天線輻射單元I的關(guān)鍵部件為介質(zhì)板14和輻射片15，介質(zhì)板14為正方形弧片，采用Rogers TMM 1i (tm)材料，福射片15為圓形弧片，采用銅箔材料。
[0024]由于天線工作在L波段，頻率低、波長長，為了減小天線的體積必須通過加大介質(zhì)板的介電常數(shù)，達到減小導(dǎo)內(nèi)波長的效果?、(其中，導(dǎo)內(nèi)波長，λ。:自由空間波長，ε e:有效介電常數(shù))，最終介質(zhì)板14是由性能穩(wěn)定，型號為Rogers TMM 1i (tm)的介質(zhì)材料加工而成，其結(jié)構(gòu)尺寸為:外形a*b=60mm*60mm，厚度h=3.8mm ;電氣參數(shù)為:介電常數(shù)ε r=9.8，損耗正切角tan=2*10 3。
[0025]為了實現(xiàn)天線的工作極化方式為圓極化，并且具有良好的軸比帶寬特性，需要在圓形輻射片與軸線夾角為45°的邊沿位置上對稱的開兩個矩形槽，并且需在輻射片位于中心點的附近找到最佳的饋電點，經(jīng)過詳細仿真優(yōu)化設(shè)計輻射片15是由厚度很薄、導(dǎo)電性很好的銅箔加工而成，其結(jié)構(gòu)尺寸為:半徑r=21.546mm，切角深度a*b=2.5mm*4.7mm。
[0026]所述同軸功分器2包含有腔體22 ;腔體22頂端設(shè)置一個同軸連接器12，為輸入端口，底端設(shè)置四個同軸連接器12，為輸出端口 ；頂端的一個同軸連接器12通過腔體22內(nèi)部的微帶板21與底端的四個同軸連接器12相接。同軸功分器2的關(guān)鍵部件為微帶板21，微帶板21為矩形，由微帶傳輸線、微帶介質(zhì)板、微帶接地板組成，要求功率一分四且每個輸出口的幅度和相位一致性要好，其輸入和輸出特性阻抗為50 Ω與SMA同軸連接器進行匹配。
[0027]同軸功分器2具有很寬的工作頻率帶寬，電氣性能在倍頻的基礎(chǔ)上也能達到很好的指標(biāo)。但是由于采用微帶線的結(jié)構(gòu)形式使其可承受的功率容量有限，如果改為帶狀線形式承受的功率容量會變大，該產(chǎn)品對功率要求不高故采用微帶板方案。為了實現(xiàn)天線的功能和提高天線的工作效率，對功分器的指標(biāo)要求較高，特別是輸出電壓駐波比、插入損耗、輸出端口隔離度、幅度不平衡度、相位不平衡度需做到最優(yōu)設(shè)計?？紤]其使用的工作環(huán)境設(shè)計同軸功分器和設(shè)計天線一樣需考慮其體積、重量問題，在電參數(shù)設(shè)計時特別是微帶板介電常數(shù)的選擇上，還是得選擇數(shù)值大、性能穩(wěn)定的介質(zhì)材料。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須保證第一:微帶板與腔體的內(nèi)腔上表面留有一定的安全距離，第二:對功分器的腔體需進行減重處理。功分器設(shè)計完成后在后期的裝配過程中，微帶板的接地板要與腔體的內(nèi)腔下表面完全良好接觸，避免產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致駐波和損耗變大。在調(diào)試過程中同軸連接器的內(nèi)導(dǎo)體與微帶線的焊接點要盡量小，防止加大端口的回波損耗；一般實測微帶線的端口隔離度為-15dB~-16dB，為了提高各個端口之間的隔離度，需在輸出微帶線的合適位置外加與之阻抗匹配的電阻。經(jīng)過詳細仿真優(yōu)化設(shè)計，該同軸一分四功分器可實現(xiàn)的指標(biāo)為:VSffR 彡 1.15，IL 彡 0.25dB，ISO 彡-25 dB，ΔΑ 彡 0.2 dB，ΔΡ 彡 ±3°。
[0028]同軸電纜11采用帶有SMA-JJ連接器的柔軟低損耗電纜；同軸連接器12為SMA-K接頭。
[0029]在該天線性能指標(biāo)測試時主要分四個步驟進行測試:
第一:測試同軸功分器的電氣參數(shù)，主要為Sll和S21 ；
第二:將單個天線輻射單元安裝在測試工裝上，并測試單個天線輻射單元的輻射特性和S參數(shù)，主要包含:增益、波束寬度、軸比和Sll ;
第三:用同軸電纜把同軸功分器和四個天線輻射單元進行連接，測試連接后的天線系統(tǒng)輻射特性和S參數(shù)；
第四:完成第三步的測試后加上天線罩，再次測試天線系統(tǒng)的輻射特性和S參數(shù)；
觀察上述測試過程的測試數(shù)據(jù)，判斷是否實現(xiàn)該L波段彈載共形陣列天線要求的功會K。
[0030]本發(fā)明的內(nèi)容不限于實施例所列舉，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.L波段彈載共形陣列天線，其特征在于: 包括天線輻射單元(I)、同軸功分器(2 )、天線罩(3 )和彈體(4); 彈體(4)呈圓筒形，內(nèi)部安置有同軸功分器(2);彈體(4)中段外周設(shè)置環(huán)形的凹槽，凹槽內(nèi)環(huán)向均勻布置有四個天線輻射單元(1)，天線輻射單元(I)呈弧板形，形狀與彈體(4)相適應(yīng)；天線輻射單元(I)外環(huán)套有圓筒狀的天線罩(3)，天線罩(3)的外壁與彈體(4)外壁共面； 同軸功分器(2 )通過四條同軸電纜(11)與四個天線輻射單元(I)相接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L波段彈載共形陣列天線，其特征在于: 天線輻射單元(I)由外到內(nèi)包括三層弧片結(jié)構(gòu)，輻射片(15)、介質(zhì)板(14)和接地板(13)； 天線輻射單元(I)內(nèi)側(cè)設(shè)置有同軸連接器(12)，通過同軸電纜(11)接入同軸功分器(2)的同軸連接器(12)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的L波段彈載共形陣列天線，其特征在于: 同軸功分器(2)包含有腔體(22); 腔體(22)頂端設(shè)置一個同軸連接器(12)，底端設(shè)置四個同軸連接器(12); 頂端的一個同軸連接器(12)通過腔體(22)內(nèi)部的微帶板(21)與底端的四個同軸連接器(12)相接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的L波段彈載共形陣列天線，其特征在于: 介質(zhì)板(14)為正方形弧片，采用Rogers TMM 1i (tm)材料； 輻射片(15)為圓形弧片，采用銅箔材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的L波段彈載共形陣列天線，其特征在于: 微帶板(21)為矩形，由微帶傳輸線、微帶介質(zhì)板、微帶接地板組成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種L波段彈載共形陣列天線。彈體飛行過程需實時對彈體姿態(tài)、速度、位置進行監(jiān)測和反饋，為實現(xiàn)抗干擾、通信無盲區(qū)，需具有全向輻射功能，工作極化方式需為圓極化。本發(fā)明包括天線輻射單元、同軸功分器、天線罩和彈體；彈體呈圓筒形，內(nèi)部安置同軸功分器；彈體中段外周設(shè)置環(huán)形的凹槽，環(huán)向均勻布置四個天線輻射單元，天線輻射單元呈弧板形，形狀與彈體相適應(yīng)；天線輻射單元外環(huán)套圓筒狀的天線罩，外壁與彈體外壁共面；同軸功分器通過四條同軸電纜與四個天線輻射單元相接。本發(fā)明在正常工作頻率帶寬和方向圖帶寬的前提下實現(xiàn)圓極化，電磁波全向輻射，達到要求電氣指標(biāo)，結(jié)構(gòu)方面天線體積小、重量輕，便于安裝和調(diào)試。
【IPC分類】H01Q1/28, H01Q21/00, H01Q1/42, H01Q1/38
【公開號】CN105119045
【申請?zhí)枴緾N201510573440
【發(fā)明人】孫濤, 劉學(xué)濤, 李玉青
【申請人】西安航天恒星科技實業(yè)(集團)公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月10日