CN104009286B - 低雷达截面的机载全向通信天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低雷达截面的机载全向通信天线，主要解决现有机载全向通信天线雷达截面高，不能同时保证辐射和散射特性的缺陷。其包括：辐射体和地板。辐射体包括上下边框(11，14)、左右边框(15，16)和两个辐射片(12，13)；该上、下边框为长度不同、表面均呈六边形的条形金属板；该左、右边框为上小下大的斜三棱柱状带腔金属筒；两个辐射片(12，13)为长度不同的矩形金属板；所述上边框、第一辐射片、第二辐射片、下边框自上而下平行放置，连接在左、右边框之间，形成外形与飞机垂直尾翼形状类似且左右夹角不等的阶梯形框架结构。本发明具有辐射性能稳定、雷达截面低的优点，可作为低雷达截面飞机上的通信天线。

Description

低雷达截面的机载全向通信天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种机载全向通信天线，适用于对辐射特性和散射特性均有要求、工作频段范围为30MHz～300MHz的机载天线。

背景技术

在传统的通信领域中，信号发射和接收系统是整个通信平台中最重要的组成部分之一，天线是该系统中核心的部分，而辐射特性和散射特性是衡量天线性能优劣的主要指标。提高散射特性的关键在于如何缩减雷达截面，而雷达截面是散射特性中最基本的参数，它是指目标在平面波照射下在给定方向上返回功率的一种量度。

天线是一类特殊的散射体，它的散射包括两部分：一部分是与散射天线负载情况无关的结构模式项散射场，它是天线接匹配负载时的散射场，其散射机理与普通散射体相同；另一部分则是随天线的负载情况变化的天线模式项散射场，它是由于负载与天线不匹配而反射的功率经天线再辐射而产生的散射场，这是天线作为一个加载散射体而特有的散射场。

在国内外，并没有完全理想的技术手段，可以同时兼顾天线的辐射和散射特性，这是由于天线系统自身的工作特点，它必须保证自身无线电波的正常接收和发射，因此常规的减缩措施不可以简单地应用在天线上。

图1给出了一种现有的机载全向通信天线，该天线由飞机垂尾状空心金属结构的天线辐射体和天线地板两部分构成，这种天线具有良好的辐射特性，但是由于为了保证天线的辐射特性，天线结构有面积很大的金属表面，所以造成该天线的雷达截面很高，不具备良好的散射特性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术存在的缺陷，提出一种低雷达截面的机载全向通信天线，以降低雷达截面，提高天线的辐射特性和散射特性。

实现本发明目的的技术方案是：通过减小天线表面的金属面积，实现对雷达截面的降低。整个天线包括：天线辐射体1和天线地板2，用于通信信号的发射和接收，天线地板2位于天线辐射体1的正下方，兼作天线与飞机机体的连接体；其特征在于：

天线辐射体1包括上边框11、下边框14、左边框15、右边框16和两个辐射片12、13；该上边框11和下边框14为长度不同、表面均呈六边形的条形金属板；该左边框15和右边框16均为上下大小不同的斜三棱柱状带腔金属筒，且左边框15的高度大于右边框16的高度；两个辐射片12，13为长度不同的矩形金属板；

所述上边框11、第一辐射片12、第二辐射片13、下边框14自上而下平行放置，连接在左边框15与右边框16之间，形成外形与飞机垂直尾翼形状类似且左右夹角不等的阶梯形框架结构。

作为优选，上边框11的中间为长度L2＝80mm，宽度L3＝20mm的矩形，两端分别为边长L4＝12.36mm的等腰三角形状，形成条状六边形结构。

作为优选，下边框14的中间为长度L5＝180mm，宽度L6＝40mm的矩形，两端分别为边长L7＝30.18mm的等腰三角形状，形成条状六边形结构。

作为优选，左边框15和右边框16的上表面三角形形状和尺寸分别与上边框11两端的三角形形状和尺寸相同；左边框15和右边框16的下表面三角形形状和尺寸分别与下边框14两端的三角形形状和尺寸相同，左边框15的高度大于右边框16的高度。

作为优选，左边框15与上边框11上表面形成的夹角为61.55°，上边框11与下边框14之间的垂直高度L1＝350mm。

作为优选，第一辐射片12距离下边框14的高度L8＝180～280mm，第二辐射片13距离下边框14的高度L9＝50～150mm。

作为优选，天线地板2采用条状六边形结构，该六边形的中间为长度L10＝180mm，宽度L11＝50mm的矩形，两端分别为边长L12＝36.78mm的等腰三角形状。

作为优选，下边框14距离天线地板2的垂直高度为1mm，通过其间夹垫相对介电常数为1的泡沫材料将两者粘接在一体。

本发明与现有的机载全向通信天线相比具有以下优点：

1)本发明由于天线辐射体采用了阶梯形框架结构，使天线金属表面的面积较小，在4GHz～18GHz的频率范围内降低了天线的雷达截面,克服了现有机载全向通信天线雷达截面较大而导致散射特性差的缺陷,实现了比原有天线更好的散射特性。

2)本发明由于在天线辐射体上增加了两个平行的矩形辐射板，将上边框11和下边框14之间的空间分割成三部分，克服了由于采用阶梯形框架结构，金属表面面积较小而导致的天线增益下降的缺点，使天线增益恢复到了原有天线的水平，实现了与原有天线相同的辐射特性。

附图说明

图1是现有的机载全向通信天线立体效果图；

图2是本发明的低雷达截面的机载全向通信天线立体效果图；

图3是本发明天线辐射体的正视图；

图4是本发明天线上边框放大立体图；

图5是本发明天线下边框放大立体图；

图6是本发明天线地板的放大立体图；

图7是本发明天线与现有天线的辐射方向图对比图；

图8是本发明天线与现有天线的雷达截面对比图。

具体实施方式

以下结合附图说明和实施例，详细叙述本发明的内容和技术效果。

如图2和图3所示，本发明提供的一种低雷达截面的机载全向通信天线，其外观形状和尺寸与现有的机载全向通信天线相同；该天线包括天线辐射体1和天线地板2，该天线辐射体1和天线地板2选用导电性能良好的金属材料，例如铜；所述天线辐射体1是由上边框11、下边框14、左边框15、右边框16和两个辐射片12、13焊接而成的框架结构，通过减小天线金属表面面积，缩减了雷达截面，在保证与原有天线相同的辐射特性的同时，实现良好的散射特性。

如图4所示，上边框11采用厚度为2mm条状六边形结构，其中间为长度L2＝80mm，宽度L3＝20mm的矩形，两端分别为边长L4＝12.36mm的等腰三角形状。

如图5所示，下边框14采用厚度为2mm条状六边形结构，其中间为长度L5＝180mm，宽度L6＝40mm的矩形，两端分别为边长L7＝30.18mm的等腰三角形状。

如图6所示，天线地板2采用厚度为2mm条状六边形结构，其中间为长度L10＝180mm，宽度L11＝50mm的矩形，两端分别为边长L12＝36.78mm的等腰三角形状。

左边框15和右边框16均为上端小下端大的斜三棱柱状带腔金属筒，腔体壁厚度为2mm，左边框15和右边框16的上表面三角形形状及尺寸分别与上边框11两端的等腰三角形形状及尺寸相同；左边框15和右边框16的下表面三角形形状及尺寸分别与下边框14两端的等腰三角形形状及尺寸相同；左边框15的高度大于右边框16的高度。

第一辐射片12和第二辐射片13为厚度均为2mm，宽度和长度均不相同的矩形金属板。

所述上边框11、第一辐射片12、第二辐射片13、下边框14自上而下平行排列，且左边框15上表面的等腰三角形与上边框11左边的等腰三角形相对应且完全重合，左边框15下表面的等腰三角形与下边框14左边的等腰三角形相对应且完全重合；左边框15左侧棱的延伸线与上边框11的上表面形成的夹角为61.55°；右边框16上表面的等腰三角形与上边框11右边的等腰三角形相对应且完全重合，右边框16下表面的等腰三角形与下边框14右边的等腰三角形相对应且完全重合；第一辐射片12距离下边框14下表面的距离L8在180～280mm范围调节，第二辐射片13距离下边框14下表面的距离L9在50～150mm范围调节；这两个辐射片的长度与其所连接位置处左右两个边框底面之间的距离相同，宽度与其所连接位置处左右两个边框底面的尺寸相同。所述这些部件通过焊接方式连接在一体，组成总高度为L1＝350mm、外形与飞机垂直尾翼形状类似的阶梯形框架结构辐射体1。

天线地板2，平行于辐射体1的下边框14，呈水平状，两者之间的距离为1mm，通过夹垫在其间相对介电常数为1的泡沫材料17粘接在一体。

本发明的技术效果可通过仿真实验进一步说明：

1、仿真实例与条件

选取第一辐射片12到下边框14下表面的距离L8＝230mm、第二辐射片13到下边框14下表面的距离L9＝100mm，两个辐射片的长度与其所连接位置处左右两个边框底面之间的距离相同，宽度与其所连接位置处左右两个边框底面的尺寸相同，按照上述结构组成低雷达截面的机载全向通信天线实施例。

仿真软件采用商业仿真软件FEKO_6.0。

2、仿真内容

仿真1，对所述实施例天线的远场辐射方向图进行仿真计算，并与现有天线的远场辐射方向图进行对比，结果如图7所示，其中：7(a)为实施例机载全向通信天线与现有机载全向通信天线在30MHz频率处xoy面的辐射方向图的对比图，图7(b)为实施例机载全向通信天线与现有机载全向通信天线在141MHz频率处xoy面的辐射方向图的对比图，图7(c)为实施例机载全向通信天线与现有机载全向通信天线在215MHz频率处xoy面的辐射方向图的对比图。

仿真2，对所述实施例的雷达截面进行仿真计算，并与现有天线的的雷达截面进行比较，结果如图8所示，其中：图8(a)为实施例机载全向通信天线在4GHz～18GHz频率范围内沿x轴方向的雷达截面与现有机载全向通信天线雷达截面的对比图，图8(b)为实施例机载全向通信天线在4GHz频率处xoy面的雷达截面与现有机载全向通信天线雷达截面的对比图，图8(c)为实施例机载全向通信天线在10GHz频率处xoy面的雷达截面与现有机载全向通信天线雷达截面的对比图，图8(d)为实施例机载全向通信天线在18GHz频率处xoy面的雷达截面与现有机载全向通信天线雷达截面的对比图。

3、仿真实例结果

由图7(a)可以看出：本发明的机载全向通信天线，在30MHz频率处xoy面的辐射方向图的全向性与现有机载全向通信天线相当。

由图7(b)可以看出：本发明的机载全向通信天线，在141MHz频率处xoy面的辐射方向图的全向性与现有机载全向通信天线相当。

由图7(c)可以看出：本发明的机载全向通信天线，在215MHz频率处xoy面的辐射方向图的全向性比现有机载全向通信天线好，且增益提高了1dB以上。

由图8(a)可见，当平面波沿x轴方向照射天线表面时，本发明机载全向通信天线在4GHz～18GHz的单站雷达截面低于现有机载全向通信天线。

由图8(b)、8(c)和8(d)可见，在x轴附近一定的角域范围内，相比于现有机载全向通信天线，本发明机载全向通信天线的单站雷达截面有了很大程度的减缩，即天线在宽频带范围内的散射特性得到很大程度的提升。

以上仿真结果说明，本发明与现有机载全向通信天线相比，具有良好的辐射性能，同时很大程度地减缩了雷达截面，即提高了散射特性，满足了在30MHz～300MHz频段范围内，能够兼顾辐射特性和散射特性的机载天线的用户需要。

以上描述与实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，例如本发明所述的左边框15、右边框16腔体壁的厚度不局限于2mm，只要满足实用强度即可；下边框14与天线地板的距离不局限于1mm，只要满足绝缘的作用即可；下边框14与天线地板夹垫的材料不局限于泡沫，只要满足相对介电常数为1，并且能够发挥稳固连接作用即可；上边框11、辐射片12、辐射片13、下边框14和天线地板的厚度不局限于2mm，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低雷达截面的机载全向通信天线，包括天线辐射体(1)和天线地板(2)，用于通信信号的发射和接收，天线地板(2)位于天线辐射体(1)的正下方，兼作天线与飞机机体的连接体；其特征在于：

天线辐射体(1)包括上边框(11)、下边框(14)、左边框(15)、右边框(16)和第一辐射片(12)、第二辐射片(13)；该上边框(11)和下边框(14)为长度不同、表面均呈六边形的条形金属板；该左边框(15)和右边框(16)均为上下大小不同的斜三棱柱状带腔金属筒，且左边框(15)的高度大于右边框(16)的高度；两个辐射片(12，13)为长度不同的矩形金属板；

所述上边框(11)、第一辐射片(12)、第二辐射片(13)、下边框(14)自上而下平行放置，连接在左边框(15)与右边框(16)之间，形成外形与飞机垂直尾翼形状类似且左右夹角不等的阶梯形框架结构。

2.根据权利要求1所述的低雷达截面的机载全向通信天线，其特征在于：上边框(11)的中间为长度L2＝80mm，宽度L3＝20mm的矩形，两端分别为边长L4＝12.36mm的等腰三角形状，形成条状六边形结构。

3.根据权利要求1所述的低雷达截面的机载全向通信天线，其特征在于：下边框(14)的中间为长度L5＝180mm，宽度L6＝40mm的矩形，两端分别为边长L7＝30.18mm的等腰三角形状，形成条状六边形结构。

4.根据权利要求1所述的低雷达截面的机载全向通信天线，其特征在于：左边框(15)和右边框(16)的上表面三角形形状和尺寸分别与上边框(11)两端的三角形形状和尺寸相同；左边框(15)和右边框(16)的下表面三角形形状和尺寸分别与下边框(14)两端的三角形形状和尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的低雷达截面的机载全向通信天线，其特征在于：左边框(15)与上边框(11)上表面形成的夹角为61.55°，上边框(11)与下边框(14)之间的垂直高度L1＝350mm。

6.根据权利要求1所述的低雷达截面的机载全向通信天线，其特征在于：第一辐射片(12)距离下边框(14)的高度L8＝180～280mm，第二辐射片(13)距离下边框(14)的高度L9＝50～150mm。

7.根据权利要求1所述的低雷达截面的机载全向通信天线，其特征在于：天线地板(2)采用条状六边形结构，该六边形的中间为长度L10＝180mm，宽度L11＝50mm的矩形，两端分别为边长L12＝36.78mm的等腰三角形状。

8.根据权利要求1所述的低雷达截面的机载全向通信天线，其特征在于：下边框(14)距离天线地板(2)的垂直高度为1mm，通过其间夹垫相对介电常数为1的泡沫材料将两者粘接在一体。