CN102222815B - 螺旋阵列测控天线 - Google Patents

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杨兵
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Abstract

本发明专利公开了一种12螺旋阵列测控天线，它涉及无人机测控天线领域中的一种测控天线装置。它由12个14.5圈单绕加寄生加锥螺旋单元天线、2个一分六不等幅功分器、1个和差器、14根等相低损耗同轴电缆、1个箱形截面不等间距主力骨架、电缆插座、支撑杆等部件组成。本发明专利具有增益高、副瓣低、频带宽、良好的圆极化特性和匹配特性、体积小、重量轻、容易安装、适用于车载和远距离低仰角跟踪等特点。特别适用于作无人机测控天线领域中的测控天线装置。

Description

螺旋阵列测控天线
技术领域
本发明涉及无人机测控天线领域中的一种测控天线装置
背景技术
目前能产生扇形波束的天线有以下几种形式，虽然在性能上各有特点，但也存在着某些不足。
1.用八木天线组成的天线阵，虽然电气性能较好，但它体积大，安装比较费时费力，不适用于车载，且频带较窄，实现圆极化馈电网络复杂，；
2.用切割抛物面天线，虽然也能满足各项电气性能指标，但由于天线体积大，不能满足工程使用要求。
发明内容
本发明专利的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种天线所产生的方向图方位面波束宽度窄，俯仰面波束宽度宽，为扇形方向图的螺旋阵列测控天线，本发明专利还具有增益高、副瓣低、频带宽、良好的圆极化特性和匹配特性、体积小、重量轻、结构新颖、适用于车载和低仰角跟踪等特点。
本发明专利目的是这样实现的：一种螺旋阵列测控天线，包括12个螺旋单元天线、2个一分六不等幅功分器、和差器和箱形截面的主力骨架；所述的12个螺旋单元天线呈双排折线阵安装在箱形截面主力骨架的顶面上，其安装位置呈不等间距且对称分布，其间距由中心向两侧渐变延长；2个一分六不等幅功分器安装在箱形截面主力骨架内，2个一分六不等幅功分器的3个强幅度输入端口14、15、16分别由6根等长等相低损耗同轴电缆与靠近中心的6个螺旋单元天线连接，2个一分六不等幅功分器的3个弱幅度输入端口17、18、19则分别由6根等长等相低损耗同轴电缆与在靠近边缘的6个螺旋单元天线连接，2个一分六不等幅功分器的输出端口13则分别由2根等长等相低损耗同轴电缆连接到安装在箱形截面主力骨架外侧中心处的和差器的输入端口20和22上，和差器的两个输出端口则分别为和信号通道21和差信号通道23，分别外接发射机和接收机。
所述的螺旋单元天线由12.5圈圆柱形主螺旋线、11圈寄生柱螺旋线、2圈锥螺旋、1个直径约一个波长加锥加围边的深桶状反射盘、馈电插座、中心杆、支架和中心座构成；12.5圈圆柱形主螺旋线、11圈寄生柱螺旋线和2圈锥螺旋为铜管经煺火处理后在模具上绕制而成，主螺旋线、寄生柱螺旋线和锥螺旋通过中心杆、支架进行连接并固定在中心座上；反射盘固定在中心座上，中心杆贯穿反射盘的中心；馈电插座固定在中心座上并与主螺旋线用螺钉和锡焊来进行双固定。
所述的单元天线的螺距为44mm，螺旋直径为65mm。
12个螺旋单元天线中靠近中心的6个螺旋单元天线为强幅度馈电，靠近边缘的6个螺旋单元天线为弱幅度馈电，两者之间幅度相差3dB。
螺旋单元天的双排间距为为220mm  ，由中心位置向外侧的间距排列依次为145mm、155mm、165mm、175mm和185mm。
本发明专利相比背景技术有如下优点：
1.本发明专利设置了单元天线1，由12.5圈圆柱形主螺旋线5、11圈寄生柱螺旋线6、2圈锥螺旋7和1个直径约一个波长加锥加围边的深桶状反射盘8、馈电插座9、中心杆10、支架11和中心座12组成。它能在宽频带内产生＞15dB的圆极化锥形波束，并具有良好的宽频带匹配特性。
2.采用12个单元天线折线阵排列的方式，即满足了俯仰面波束宽度宽的技术要求，又缩小了天线阵的横向尺寸，同时满足了装车要求。
3.为满足高增益、低副瓣，天线波束为扇形方向图的要求，采用12个单元天线拼阵，同时采取不等幅馈电，不等间距排阵的有效措施，大大提高了天线增益，在35％工作频带内获得＞24dB的高增益，副瓣电平＜-15dB。
4.本发明专利体积小、重量轻、结构新颖、适用于车载和低仰角跟踪，是无人机测控领域里性能优良的测控天线。
5、本发明特别适用于提高无人侦察机系统的战场兼容性和抗截获、抗干扰能力，提高多种型号无人侦察机系统的联合侦察作战能力；可实现一种地面站测控多种型号无人侦察机和多个地面站共享一架无人侦察机的情报信息，提高无人侦察机系统的整体作战效能；利于降低无人侦察机系统研制生产成本，节省使用维护费用，方便部队的操作使用维护的地面车载螺旋阵列测控天线，可完成多频道遥控信号的发射；多频道遥测或其它宽带信息的接收；为实现对无人机的跟踪及方位角测量提供角误差信息。
附图说明
图1和图2是本发明专利安装结构示意图；
图3是单元天线1结构示意图；
图4是一分六不等幅功分器2示意图；
图5是是和差器3示意图；
图6是箱形截面主力骨架4天线位置安装示意图。
具体实施方式
参照图1、图2、图3、图4、图5、图6，本发明专利由12个单元天线1、2个一分六不等幅功分器2、1个和差器3、14根等长等相低损耗同轴电缆、1个箱形截面不等间距主力骨架4等部件组成。图1和图2是本发明专利安装结构示意图。其中12个螺旋单元天线1呈折线阵用紧固件安装在箱形截面主力骨架4上，其安装位置呈不等间距且对称分布，其间距由中心向两侧渐变延长，作用是辐射或接收电磁信号，完成电信号转换。实施例由2个一分六不等幅功分器2用紧固件安装在箱形截面主力骨架内，2个一分六不等幅功分器2的3个强幅度输入端口14、15、16分别由6根等长等相低损耗同轴电缆与靠近中心的6个螺旋单元天线连接，而2个一分六不等幅功分器的3个弱幅度输入端口17、18、19则分别由6根等长等相低损耗同轴电缆与在靠近边缘的6个螺旋单元天线连接。2个一分六不等幅功分器的输出端口13则分别由2根等长等相低损耗同轴电缆连接到安装在箱形截面主力骨架外侧中心处的和差器3的两个输入端口上20、22，而和差器的两个输出端口则分别为和信号通道21和差信号通道23，分别外接发射机和接收机，构成地面车载螺旋阵列测控天线。
本发明专利每个螺旋单元天线作用是辐射或接收电磁信号，完成电信号转换，它由12.5圈圆柱形主螺旋线5、11圈寄生柱螺旋线6、2圈锥螺旋7和1个直径约一个波长加锥加围边的深桶状反射盘8、馈电插座9、中心杆10、支架11和中心座12组成。实施例12.5圈圆柱形主螺旋线5、11圈寄生柱螺旋线6和2圈锥螺旋7均采用Φ5铜管经煺火处理后在模具上绕制而成，采用11圈寄生柱螺旋线6的作用是增加天线增益可提高天线增益1.5dB，并可使天线在宽频带内获得良好匹配特性。圈锥螺旋7的作用是改善天线轴比特性。实施例中心杆10、支架11和中心座12将主螺旋线、寄生柱螺旋线和锥螺旋按精确设计的螺距和直径用紧固件连接并固定起来，其螺距为44mm，螺旋直径为65mm，可使天线在工作频带内产生＞15dB的圆极化锥形波束，并具有良好的宽频带匹配特性。直径约一个波长加锥加围边的深桶状反射盘8，其作用是反射电磁波，并减少单元天线之间的互耦影响，它和中心座12之间采用螺纹连接，便于拆卸。馈电插座9与主螺旋线5之间的连接尤为重要，实施例采用螺钉和锡焊来进行双固定，其作用是耦合并传输电磁波信号。调节主螺旋线5与中心座12之间的间距可调整单元天线的驻波比特性，能在35％工作频带内获得驻波比＜1.5的良好匹配特性。
本发明专利工作原理如下：当发射信号时，和差器的和信号通道外接发射机发射信号，由和差器的和信号通道将发射信号分为两路，分别通过两根等长等相低损耗电缆输入到两个一分六不等幅功分器2的13端口，每个一分六不等幅功分器2又将信号分为三路强信号和三路弱信号，通过12根等长等相低损耗电缆输入到12个螺旋单元天线，将电磁波向空中传播。当接收信号时，空间电磁波信号由12个螺旋单元天线接收，通过12根等长等相低损耗电缆输出到一分六不等幅功分器2，又通过两根等长等相低损耗电缆输出到和差器，通过差通道输出到跟踪接收机。

Claims (4)

1.一种螺旋阵列测控天线，包括12个螺旋单元天线(1)、2个一分六不等幅功分器(2)、和差器(3)和箱形截面的主力骨架(4)；其特征在于：所述的12个螺旋单元天线(1)呈双排折线阵安装在箱形截面主力骨架(4)的顶面上，其安装位置呈不等间距且对称分布，其间距由中心向两侧渐变延长；2个一分六不等幅功分器(2)安装在箱形截面主力骨架内，2个一分六不等幅功分器(2)的3个强幅度输入端口14、15、16分别由6根等长等相低损耗同轴电缆与靠近中心的6个螺旋单元天线连接，2个一分六不等幅功分器的3个弱幅度输入端口17、18、19则分别由6根等长等相低损耗同轴电缆与在靠近边缘的6个螺旋单元天线连接，2个一分六不等幅功分器的输出端口13则分别由2根等长等相低损耗同轴电缆连接到安装在箱形截面主力骨架外侧中心处的和差器(3)的输入端口20和22上，和差器(3)的两个输出端口则分别为和信号通道21和差信号通道23，分别外接发射机和接收机； 
所述的螺旋单元天线(1)由12.5圈圆柱形主螺旋线(5)、11圈寄生柱螺旋线(6)、2圈锥螺旋(7)、1个直径为一个波长加锥加围边的深桶状反射盘(8)、馈电插座(9)、中心杆(10)、支架(11)和中心座(12)构成；12.5圈圆柱形主螺旋线（5）、11圈寄生柱螺旋线（6）和2圈锥螺旋（7）为铜管经煺火处理后在模具上绕制而成，主螺旋线、寄生柱螺旋线和锥螺旋通过中心杆(10)、支架(11)进行连接并固定在中心座(12)上；反射盘(8)固定在中心座(12)上，中心杆(10)贯穿反射盘(8)的中心；馈电插座(9)固定在中心座(12)上并与主螺旋线(5)用螺钉和锡焊来进行双固定。 
2.根据权利要求1所述的螺旋阵列测控天线，其特征在于：所述的单元天线(1)的螺距为44mm，螺旋直径为65mm。 
3.根据权利要求2所述的螺旋阵列测控天线，其特征在于：12个螺旋单元天线(1)中靠近中心的6个螺旋单元天线为强幅度馈电，靠近边缘的6个螺旋单元天线为弱幅度馈电，两者之间幅度相差3dB。 
4.根据权利要求1所述的螺旋阵列测控天线，其特征在于：螺旋单元天线(1)的双排间距为为220mm，由中心位置向外侧的间距排列依次为145mm、155mm、165mm、175mm和185mm。 
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