CN107785659A - 飞行器及其机载超宽带全向天线 - Google Patents

飞行器及其机载超宽带全向天线 Download PDF

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苏道一
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Abstract

本发明公开了一种飞行器及其机载超宽带全向天线，包括外层套筒、内层凹形套筒、圆盘及至少两个短路金属柱，所述内层凹形套筒嵌套于所述外层套筒内，所述外层套筒的一端接地固定，所述圆盘设于所述外层套筒内且位于所述内层凹形套筒的上方，所述圆盘和所述外层套筒之间具有缝隙，至少两个所述短路金属柱对称设置于所述圆盘上，且所述短路金属柱的一端与所述圆盘固定，另一端接地固定，在所述内层凹形套筒上设有馈电点进行以接地连接。本发明所述的飞行器其将所述机载超宽带全向天线嵌入到所述飞行器内，实现了飞行器及其机载天线的共形。

Description

飞行器及其机载超宽带全向天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是指一种飞行器及其机载超宽带全向天线。
背景技术
低剖面天线以其轮廓低、风阻小、易于实现与载体共形等特点在现代无线通信技术中得到越来越多的应用。低频段内满足全向性的最简单的天线结构是λ/4单极子天线。然而由于单极子天线在低频段(VHF/UHF)尺寸过大，导致飞机的风阻较大，影响飞机的飞行性能，也影响其它机载电子设备的电性能。
当前飞行器通信系统需要传输的数据越来越大，这就对飞行器通信系统的性能提出了更高的要求。对于飞行器天线，一般也要求其具有水平面全向、俯仰角具有较宽波束的方向图。虽然半波振子天线或单极子天线可实现全向的方向图，但很难实现共形设计。然而，随着科技和空间飞行器的发展，对天线的要求也越来越高。不仅要求天线的性能越来越好，还要求天线能够实现和飞行载体的共形。
传统单极子天线虽然能够实现全向设计，但是很难实现与飞行器的共形。传统的嵌入式盘形天线，其辐射方向图与原来的单极子天线的波瓣图相似，但这种天线带宽较窄，在当前宽带化的发展趋势下显然很难满足众多的设计需求。采用微带结构的共形全向天线不是带宽过窄，就是馈电网络复杂，不易调试。
发明内容
基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种机载超宽带全向天线，其能够克服现有技术的不足，实现了共形天线的超宽带及全向需求。
其技术方案如下：
一种机载超宽带全向天线，包括外层套筒、内层凹形套筒、圆盘及至少两个短路金属柱，所述内层凹形套筒嵌套于所述外层套筒内，所述外层套筒的一端接地固定，所述圆盘设于所述外层套筒内且位于所述内层凹形套筒的上方，所述圆盘和所述外层套筒之间具有缝隙，至少两个所述短路金属柱对称设置于所述圆盘上，且所述短路金属柱的一端与所述圆盘固定，另一端接地固定，在所述内层凹形套筒上设有馈电点以进行接地连接。
所述圆盘设于所述内层凹形套筒的上方，且使所述圆盘和所述外层套筒之间形成环形的缝隙，形成一个反射浅腔，形成嵌入式盘形天线，能够形成全向方向图。所述内层凹形套筒为凹形套筒结构能够展宽所述机载超宽带全向天线的带宽。并且在所述内层凹形套筒上设置馈电点接地，展宽了单元机载超宽带全向天线的带宽。另外，在所述圆盘上加载至少两个所述短路金属柱能够有效地降低所述机载超宽带全向天线的低频段的驻波，能够减小机载超宽带全向天线的尺寸，使其能够适用于飞行器。
下面对上述技术方案作进一步的说明：
在其中一个实施例中，所述外层套筒为圆柱形形成圆柱形反射背腔，所述反射背腔与所述圆盘形成环缝。
在其中一个实施例中，所述反射背腔的高度与所述圆盘高度一致。
在其中一个实施例中，还包括支撑柱，所述支撑柱位于所述内层凹形套筒内，且其一端与所述圆盘固定，另一端接地固定。
在其中一个实施例中，所述馈电点设于所述内层凹形套筒底部的边缘。
在其中一个实施例中，包括四个短路金属柱，四个所述短路金属柱对称固定于所述圆盘上。
在其中一个实施例中，所述短路金属柱设置于所述圆盘的边缘。
本发明还提供一种飞行器，包括如以上任意一项所述的机载超宽带全向天线，所述机载超宽带全向天线嵌入固定于所述飞行器上。
本发明所述的飞行器其将所述机载超宽带全向天线嵌入到所述飞行器内，实现了飞行器及其机载天线的共形。
附图说明
图1为本发明实施例所述的机载超宽带全向天线的俯视图；
图2为本发明实施例所述的机载超宽带全向天线剖视图。
10、外层套筒，12、反射浅腔，20、内层凹形套筒，30、圆盘，40、短路金属柱，50、缝隙，60、馈电点，70、支撑柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件时，它可以直接固定在另一个元件上或者也可以通过居中的元件固定于另一个元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者也可以是通过居中的元件而连接于另一个元件。此外，除非特别指出，否则说明书中的术语“第一”及“第二”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
如图1及图2所示，一种机载超宽带全向天线，包括外层套筒10、内层凹形套筒20、圆盘30及至少两个短路金属柱40，所述内层凹形套筒20嵌套于所述外层套筒10内，所述外层套筒10的一端接地固定，所述圆盘30设于所述外层套筒10内且位于所述内层凹形套筒20的上方，所述圆盘30和所述外层套筒10之间具有缝隙50，至少两个所述短路金属柱40对称设置于所述圆盘30上，且所述短路金属柱40的一端与所述圆盘30固定，另一端接地固定，在所述内层凹形套筒20上设有馈电点60以进行接地连接。
所述圆盘30设于所述内层凹形套筒20的上方，且使所述圆盘30和所述外层套筒10之间形成环形的缝隙50，形成一个反射浅腔，形成嵌入式盘形天线，能够形成全向方向图。所述内层凹形套筒20形成粗振子，能够展宽所述机载超宽带全向天线的驻波带宽。并且在所述内层凹形套筒20上设置馈电点30接地，展宽了单元机载超宽带全向天线的带宽。另外，在所述圆盘30上加载至少两个所述短路金属柱40能够有效地降低所述机载超宽带全向天线的低频段的驻波，能够减小机载超宽带全向天线的尺寸，使其能够适用于飞行器。本申请所述机载超宽带全向天线的最终的测量指标为驻波小于2以下的带宽达到56％。
与现有技术相比，本申请所述机载超宽带全向天线的顶端圆盘30的尺寸较大，即增大了加载电容，本实施例优选所述圆盘30的直径D1为0.475λ0。所述外层套筒10和所述内层凹形套筒20的高度可设置较低，所述外层套筒10和所述内层凹形套筒20的高度对所述机载超宽带全向天线的高度起着决定性作用，例如本申请的天线的最终高度h可降低到0.104λ0。所述外层套筒10为圆柱形而形成圆柱形的反射背腔，所述反射背腔的高度与所述圆盘30的高度一致，所述反射背腔与所述圆盘30形成环缝。所述机载超宽带全向天线的接地面被压陷到所述圆盘30的下方，使所述外层套筒10与所述内层凹形套筒20形成一个反射浅腔12形成全向辐射方向图，其辐射方向图与现有的单极子天线的波瓣图相似。所述反射浅腔12的直径D2为0.520λ0。在本实施例中，λ0为中心频率的波长。
本申请所述机载超宽带全向天线还包括支撑柱70，所述支撑柱70位于所述内层凹形套筒20内，且其一端与所述圆盘30固定，另一端接地固定。通过所述支撑柱70将所述圆盘30固定于所述内层凹形套筒20的上方。使所述机载超宽带全向天线的接地面被压陷到所述圆盘30的下方。并且能够降低机载超宽带全向天线的频率。
在本实施例中，所述馈电点60设于所述内层凹形套筒20底部的边缘。因为微波有趋肤效应，将馈电点设置在凹形套筒20的边缘，使得电流更容易在导体的表面上，从而减少损耗，改善阻抗，增加带宽展宽了单元天线的带宽；并且可以减轻重量，所述内层凹形套筒20为空心结构，内层凹形套筒20筒壁越薄，重量越轻，可减小机载超宽带全向天线的重量。
所述机载超宽带全向天线包括四个短路金属柱40，四个所述短路金属柱40对称固定于所述圆盘30上。优选四个所述短路金属柱40设置于所述圆盘30的边缘，能够进一步有效降低机载超宽带全向天线低频段的驻波。所述短路金属柱40使所述圆盘30与地面之间又加载了电感，与圆盘30、反射浅腔12之间形成的电容结合，从而进一步降低了谐振频率。
一种飞行器，其包括如以上所述的机载超宽带全向天线，所述机载超宽带全向天线嵌入固定于所述飞行器上。在所述飞行器上挖孔，再将所述机载超宽带全向天线嵌入到所述孔中，最终使所述机载超宽带全向天线与所述飞行器的表面平行，实现了飞行器及其机载天线的共形。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机载超宽带全向天线，其特征在于，包括外层套筒、内层凹形套筒、圆盘及至少两个短路金属柱，所述内层凹形套筒嵌套于所述外层套筒内，所述外层套筒的一端接地固定，所述圆盘设于所述外层套筒内且位于所述内层凹形套筒的上方，所述圆盘和所述外层套筒之间具有缝隙，至少两个所述短路金属柱对称设置于所述圆盘上，且所述短路金属柱的一端与所述圆盘固定，另一端接地固定，在所述内层凹形套筒上设有馈电点以进行接地连接。
2.根据权利要求1所述的机载超宽带全向天线，其特征在于，所述外层套筒为圆柱形形成圆柱形反射背腔，所述反射背腔与所述圆盘形成环缝。
3.根据权利要求2所述的机载超宽带全向天线，其特征在于，所述反射背腔的高度与所述圆盘高度一致。
4.根据权利要求1所述的机载超宽带全向天线，其特征在于，还包括支撑柱，所述支撑柱位于所述内层凹形套筒内，且其一端与所述圆盘固定，另一端接地固定。
5.根据权利要求1所述的机载超宽带全向天线，其特征在于，所述馈电点设于所述内层凹形套筒底部的边缘。
6.根据权利要求1所述的机载超宽带全向天线，其特征在于，包括四个短路金属柱，四个所述短路金属柱对称固定于所述圆盘上。
7.根据权利要求1所述的机载超宽带全向天线，其特征在于，所述短路金属柱设置于所述圆盘的边缘。
8.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的机载超宽带全向天线，所述机载超宽带全向天线嵌入固定于所述飞行器上。
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