CN108365320B - 一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，包括从上到下依次连接的上层介质板、支撑介质板、金属地、下层介质板和微带连接件，支撑介质板上安装有金属单极阵子组，金属单极阵子组包括二十四个长度呈对数周期分布的金属单极阵子，金属单极阵子之间的距离满足对数周期律，金属单极阵子长度超过支撑介质板高度的部分折弯与上层介质板的下表面贴合。本发明所提供的一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，能够解决现有传统端射天线频带窄、体积大且不易共形、端射性能不稳定等问题。

Description

一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线
技术领域
本发明属于电子对抗天线技术领域，具体涉及一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线。
背景技术
端射天线作为定向天线的一种，可以产生端向辐射的电磁波。与其他天线相比，端射天线有较高的增益特性，且能够以比较低的剖面实现端射辐射。现代军事装备技术的迅速发展，天线作为无线通信、雷达、导航、定位等信息系统的空中接口，越来越多地装载到导弹、火箭等飞行器中，而这些高速运动的载体上装备的天线均需要满足低剖面、体积小、易安装等特点。端射天线具有的低剖面特点能够很好地应用于这种高速运动载体。例如20世纪90年代的海湾战争中，伊拉克的大多数雷达在战争初期被多国部队的反辐射导弹摧毁，使其防空武器系统陷入瘫痪而失效。反辐射导弹的核心单元即导引头负责截获、跟踪目标，并引导导弹摧毁目标辐射源，所以导引头中端射天线性能至关重要。
目前针对端射天线的研究较少，并且研究集中于某些特殊的窄带端射天线上，如Yagi天线。传统Yagi端射天线虽具有高增益、良好端向辐射等特性，但其频带宽度窄、体积大难以满足工程实践的需要。而宽带端射天线，如喇叭天线、锥削缝天线等则由于自身结构较大并且非平面，不适合安装在高速运动的载体上。因此，探索新型宽带端射天线结构，研究端射天线带宽扩展、增益提升、小型化的新方法具有重要的科学意义。
面对这一情况，本发明设计出了一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，可以有效实现宽频带、小型化、高增益、共形、端射辐射性能良好的工作特点。本发明设计的端射天线采用微带-缝隙馈电结构，微带-缝隙馈电结构具有结构简单、易于加工、频带宽等优点。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种频带宽、易共形、低剖面、端射辐射特性良好的基于单极对数周期天线阵，可工作在2GHz-12GHz的宽频带范围的超宽带低剖面对数周期单极子端射天线。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，包括从上到下依次连接的上层介质板、支撑介质板、金属地、下层介质板和微带连接件，支撑介质板上安装有金属单极阵子组，金属单极阵子组包括二十四个长度呈对数周期分布的金属单极阵子，金属单极阵子之间的距离满足对数周期律，金属单极阵子长度超过支撑介质板高度的部分折弯与上层介质板的下表面贴合。
优选地，所述金属单极阵子的厚度为0.018mm-0.035mm，金属单极阵子高度的最大尺寸位于25mm-30mm之间，金属单极阵子的比例因子位于0.85-0.95之间，轮廓角大小位于28度-32度之间。
优选地，所述金属地上设有金属地扇形孔和金属地缝隙，金属地扇形孔和金属地缝隙连通，金属地扇形孔的半径位于3mm-6mm之间，扇形角度位于80度到120度之间，金属地缝隙的宽度为0.2mm-1mm。
优选地，所述金属地为长方体结构，金属地的长度位于100mm-130mm之间，宽度位于35mm-50mm之间，厚度位于0.018mm-0.035mm之间。
优选地，所述微带连接件位于下层介质板的下表面，微带连接件包括扇形微带贴片和馈电微带线，馈电微带线与扇形微带贴片相连，扇形微带贴片的扇形半径位于3mm-5mm之间，扇形角度为80度-120度之间，厚度位于0.018mm-0.035mm之间；馈电微带线的宽度位于0.5mm-1mm之间，馈电微带线的厚度位于0.018mm-0.035mm之间。
优选地，所述上层介质板的厚度为0.2mm-1mm，上层介质板的介电常数为3.66。
优选地，所述支撑介质板的厚度为0.2mm-1mm，介电常数为3.66。
优选地，所述下层介质板的厚度为0.5mm-1.5mm，介电常数为10.2。
本发明的有益效果是：
1、本发明所提供的一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，能够解决现有传统端射天线频带窄、体积大且不易共形、端射性能不稳定等问题。
2、本发明的设计基于微带-缝隙天线馈电结构和单极对数周期天线阵，使得所设计的天线同时具备结构简单、易于加工、宽频带、易共形、低剖面、正端射方向增益高的特点。
附图说明
图1是本发明一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线的结构示意图；
图2是本发明一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线的主视图；
图3是本发明图2的右视图；
图4是本发明一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线的俯视结构示意图；
图5是本发明一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线的仰视结构示意图；
图6是本发明一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线的回波损耗特性图；
图7是本发明在3GHz处的E-面、H-面共极化和交叉极化辐射方向对比图；
图8是本发明在5GHz处的E-面、H-面共极化和交叉极化辐射方向对比图；
图9是本发明在7GHz处的E-面、H-面共极化和交叉极化辐射方向对比图；
图10是本发明在9GHz处的E-面、H-面共极化和交叉极化辐射方向对比图；
图11是本发明在11GHz处的E-面、H-面共极化和交叉极化辐射方向对比图；
图12是本发明在2GHz-12GHz频段范围的端向辐射峰值增益特性图。
附图标记说明：1、上层介质板；2、金属单极阵子组；3、支撑介质板；4、金属地；5、下层介质板；6、微带连接件；7、金属单极阵子；8、金属地扇形孔；9、金属地缝隙；10、扇形微带贴片；11、馈电微带线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1到图12所示，本发明提供的一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，包括从上到下依次连接的上层介质板1、支撑介质板3、金属地4、下层介质板5和微带连接件6，支撑介质板3上安装有金属单极阵子组2，金属单极阵子组2包括二十四个长度呈对数周期分布的金属单极阵子7，金属单极阵子7之间的距离满足对数周期律，金属单极阵子7长度超过支撑介质板3高度的部分折弯与上层介质板1的下表面贴合。
上层介质板1的厚度为0.2mm-1mm，上层介质板1的介电常数为3.66。在本实施例中，上层介质板1的长度为78mm，宽度为40mm，厚度为0.5mm。金属单极阵子7的厚度为0.018mm-0.035mm，金属单极阵子7高度的最大尺寸位于25mm-30mm之间，金属单极阵子7的比例因子位于0.85-0.95之间，轮廓角大小位于28度-32度之间。在本实施例中，金属单极阵子7的厚度为0.035mm，最长金属单极阵子7长度的最大尺寸为27mm，其余金属单极阵子7的长度按照对数周期律渐变，长度变化比例因子为0.865，轮廓角度为23.5度。金属单极阵子7的宽度最大尺寸为4mm，其余金属单极阵子7的宽度尺寸按照对数周期律渐变，宽度变化的比例因子为0.865。由二十四个金属单极阵子7构成的金属单极阵子组2与支撑介质板3构成对数周期天线阵端射辐射。
支撑介质板3的厚度为0.2mm-1mm，介电常数为3.66，本实施例优选的厚度为0.5mm，支撑介质板3的长度最大值为80mm，宽度的最大尺寸为12.035mm。长度高于12mm的金属单极阵子7中12mm长度的底部与长度不高于12mm长度的金属单极阵子7以互补结构的形式位于支撑介质板3的两面。
金属地4紧贴在下层介质板5的上表面，金属地4上设有金属地扇形孔8和金属地缝隙9，金属地扇形孔8和金属地缝隙9连通，金属地扇形孔8的半径位于3mm-6mm之间，扇形角度位于80度到120度之间，金属地缝隙9的宽度为0.2mm-1mm。金属地4为长方体结构，金属地4的长度位于100mm-130mm之间，宽度位于35mm-50mm之间，厚度位于0.018mm-0.035mm之间。
在本实施例中，金属地4优选的尺寸参数中长度为120mm，宽度为40mm，厚度为0.035mm，其中扇形孔8的半径为5.1mm，角度为90度，金属地缝隙9的宽度为0.5mm。
下层介质板5的厚度为0.5mm-1.5mm，介电常数为10.2。在本实施例中，下层介质板5的长度为120mm，宽度为40mm，厚度为0.5mm，介电常数为10.2，下层介质板5能够起到保护金属地缝隙9，改善天线阻抗匹配的作用。
微带连接件6位于下层介质板5的下表面，微带连接件6包括扇形微带贴片10和馈电微带线11，馈电微带线11与扇形微带贴片10相连，扇形微带贴片10的扇形半径位于3mm-5mm之间，扇形角度为80度-120度之间，厚度位于0.018mm-0.035mm之间；馈电微带线11的宽度位于0.5mm-1mm之间，馈电微带线11的厚度位于0.018mm-0.035mm之间。微带连接件6中扇形微带贴片10的半径为3.7mm，角度为90度，厚度为0.035mm。在本实施例中，馈电微带线11为折弯结构，馈电微带线11的端部与扇形微带贴片10固连。馈电微带线11中与扇形微带贴片10相连的端部与金属地扇形孔8和金属地缝隙9相连的部分垂直，馈电微带线11的宽度为0.775mm，厚度为0.035mm。
金属地4、下层介质板5和扇形微带贴片10构成对数周期天线阵端射辐射。在本实施例中，本发明的最大尺寸的长为120mm，宽为40mm，高为14mm。
图12为本发明的端口反射系数性能，从图中内容可知，本发明在2GHz-12GHz频段范围内的反射系数小于-7dB，达到天线宽口阻抗匹配的需求。
如图7到图11为本发明在3GHz、5GHz、7GHz、9GHz、11GHz频段处的E-面和H-面的共极化和交叉极化辐射特性对比图。由图7到图11可知，本发明天线实施例在所选的几个频点的均表现出良好的端射性能，其E-面的最大辐射方向偏离天线地板所在明面约30度，交叉极化特性在端射方向均优于10dB。
如图12所示为本发明在2GHz-12GHz整个频段范围内的端向辐射方向角处增益特性图，由此图可知，本发明天线实施例在整个频段内具有平稳的增益特性，增益值基本保持在7dBi左右。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，其特征在于：包括从上到下依次连接的上层介质板(1)、支撑介质板(3)、金属地(4)、下层介质板(5)和微带连接件(6)，支撑介质板(3)上安装有金属单极阵子组(2)，金属单极阵子组(2)包括二十四个长度呈对数周期分布的金属单极阵子(7)，金属单极阵子(7)之间的距离满足对数周期律，金属单极阵子(7)长度超过支撑介质板(3)高度的部分折弯与上层介质板(1)的下表面贴合；
所述金属地(4)上设有金属地扇形孔(8)和金属地缝隙(9)，金属地扇形孔(8)和金属地缝隙(9)连通，金属地扇形孔(8)的半径位于3mm-6mm之间，扇形角度位于80度到120度之间，金属地缝隙(9)的宽度为0.2mm-1mm；
所述微带连接件(6)位于下层介质板(5)的下表面，微带连接件(6)包括扇形微带贴片(10)和馈电微带线(11)，馈电微带线(11)与扇形微带贴片(10)相连，扇形微带贴片(10)的扇形半径位于3mm-5mm之间，扇形角度为80度-120度之间，厚度位于0.018mm-0.035mm之间；馈电微带线(11)的宽度位于0.5mm-1mm之间，馈电微带线(11)的厚度位于0.018mm-0.035mm之间；馈电微带线(11)中与扇形微带贴片(10)相连的端部与金属地扇形孔(8)和金属地缝隙(9)相连的部分垂直；
所述金属单极阵子(7)的厚度为0.018mm-0.035mm，金属单极阵子(7)高度的最大尺寸位于25mm-30mm之间，金属单极阵子(7)的比例因子位于0.85-0.95之间，轮廓角大小位于28度-32度之间；
所述金属地(4)为长方体结构，金属地(4)的长度位于100mm-130mm之间，宽度位于35mm-50mm之间，厚度位于0.018mm-0.035mm之间；
支撑介质板(3)垂直于上层介质板(1)和下层介质板(5)，并设置在上层介质板(1)和下层介质板(5)之间，支撑介质板(3)的长度最大值为80mm，宽度的最大尺寸为12.035mm；长度高于12mm的金属单极阵子(7)中12mm长度的底部与长度不高于12mm长度的金属单极阵子(7)以互补结构的形式位于支撑介质板(3)的两面。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，其特征在于：所述上层介质板(1)的厚度为0.2mm-1mm，上层介质板(1)的介电常数为3.66。
3.根据权利要求1所述的一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，其特征在于：所述支撑介质板(3)的厚度为0.2mm-1mm，介电常数为3.66。
4.根据权利要求1所述的一种超宽带低剖面对数周期单极子端射天线，其特征在于：所述下层介质板(5)的厚度为0.5mm-1.5mm，介电常数为10.2。
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