CN110098460B - 一种基于电调等离子体的可重构宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，包括等离子体石英赋形体(1)、金属托盘(2)、电阻电感并联结构(3)、倒锥形铜桶(4)、天线支架(5)和接地板(6)；所述的等离子体石英赋形体(1)与金属托盘(2)电耦合接触；所述的电阻电感并联结构(3)分别与金属托盘(2)和倒锥形铜桶(4)的金属面焊接；所述的金属托盘(2)与倒锥形铜桶(4)分别固定于天线支架(5)；所述的天线支架(5)固定在接地板(6)上。与现有技术相比，本发明在保持天线水平面内全向性的基础上，还具有低RCS隐身特性，宽带可重构特性等优点。

Description

一种基于电调等离子体的可重构宽带天线
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其是涉及一种基于电调等离子体的可重构宽带天线。
背景技术
针对机载、舰载等军事通信领域对天线隐身的迫切需求，以有限空间等离子体及其电磁波传播理论为基础的可重构天线引起了越来越多的关注。等离子体隐身天线及天线阵列，可以有效解决武器装备天线隐身的关键问题。等离子体天线利用电离气体作为导体媒质代替金属来传播、接受和反射电磁信号以达到它在雷达、隐身、通信方面的要求。作为一种新概念天线，等离子天线具有低雷达散射截面、自重构、超宽带等优势，它既可以通过关闭激励源实现对电磁波的隐身，还可以通过调节放电功率调节天线的阻抗、增益、方向性、极化等天线参数。正是由于等离子体天线相对于金属天线非凡的优势，尤其是低热噪声、隐身性能和可重构性，引起了国内外科研团体的广泛关注，也使得它在军事和智能天线领域发挥了不可忽视的作用。
即使是可调谐天线，也无法实现快速的调频。在船载天线系统中，往往是多根不同长度的谐振天线排列在一起，通过电控来选取通信频段，虽然能够实现一定带宽的通信，但体积大，目标易被识别，且在狭小空间内密布多根天线也会影响通信质量。在这种背景下，天线的宽带化与隐身就成为天线研究中的一个重要课题。基于目前我军超短波电台的使用的舰载天线具有体积大，带宽受限的一些固有缺点，迫切需要设计和研究宽带和低RCS具有隐身特性的天线，使电台的通话质量和通信距离得到保障。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，在保持天线水平面内全向性的基础上，还具有低RCS隐身特性，宽带可重构特性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，包括等离子体石英赋形体、金属托盘、电阻电感并联结构、倒锥形铜桶、天线支架和接地板；
所述的等离子体石英赋形体与金属托盘电耦合接触；所述的电阻电感并联结构分别与金属托盘和倒锥形铜桶的金属面焊接；所述的金属托盘与倒锥形铜桶分别固定于天线支架；所述的天线支架固定在接地板上。
优选地，所述的天线支架为由环氧树脂材料制作而成的天线支架，采用环氧树脂材料可以在保证结构支撑的前提下，尽量减小对天线辐射的影响，便于天线的整体移动。
优选地，所述的等离子体石英赋形体与金属托盘、倒锥形铜桶的总长为λ/10，实现了天线低剖面特性，有助于实现天线的隐身及低RCS特性。
优选地，所述的等离子体石英赋形体为圆柱形结构，长度为λ/20，半径为5mm，石英腔体壁厚3mm，内部充有稀薄氩气，保证了等离子体天线工作的稳定性，具有良好的机械强度。
优选地，所述的等离子体石英赋形体采用13.56MHz的射频信号进行激励，数量为6根，并在端部采用耦合结构馈电，可以高效将射频信号能量馈入等离子体天线内。
优选地，所述的金属托盘底部与倒锥形铜桶底部均采用椭球形渐变结构，并采用紫铜材料制作而成，该结构可有效提高天线的阻抗带宽。
优选地，所述的倒锥形铜桶最底端为馈电点，采用同轴线馈电，在保证阻抗匹配的前提下增加了天线的机械强度。
优选地，所述的电阻电感并联结构包括电阻和电感，其中电阻置于电感线圈内部，管脚分别连接金属托盘和倒锥形铜桶，有效节约了天线空间，在保证阻抗带宽的同时增加了机械强度。
优选地，所述的接地板为圆形对称结构，采用铝材料，半径为λ/20，厚度为1mm，增强了天线的辐射特性，保证了天线水平面内全向性辐射。
优选地，该天线在激励等离子体时，工作于30-100MHz；不激励等离子体时，为金属天线，工作于100-512MHz；
通过可重构实现在30-512MHz内VSWR＜3，达到了17：1的阻抗带宽，相对带宽为178％，并且在该频率范围内增益大于-5dB，具有水平全向的方向图。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)在保证天线水平面内全向方向图的基础上，实现了在VSWR＜3的条件下17:1的阻抗带宽，相对带宽为178％，并且在该频率范围内增益大于-5dB；
2)具有低剖面特性，天线的总高度为λ/10，体积小易实现；
3)上部为电调等离子体天线，在不工作时RCS很低，具有隐身特性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明天线在30-100MHz仿真S参数图；
图3为本发明天线在100-512MHz仿真S参数图；
图4为本发明天线在30-100MHz实测S参数图；
图5为本发明天线在100-512MHz实测S参数图；
图6为本发明天线在100MHz垂直面内仿真辐射方向图；
图7为本发明天线在100MHz水平面内仿真辐射方向图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，包括等离子体石英赋形体1，金属托盘2，电阻电感并联结构3，倒锥形铜桶4，天线支架5和接地板6；所述的等离子体石英赋形体1与金属托盘2电耦合接触；所述的电阻电感并联结构3与上下金属面焊接；所述的金属托盘2与倒锥形铜桶4分别固定于天线支架5；所述的天线支架5固定在接地板6上。该天线在水平面内具有结构的中心对称性，因此水平面内具有辐射的全向性；天线顶部为等离子体石英腔，其激励方式为电激励，在不工作时或者工作频率高于等离子体频率时，其雷达后向散射比金属减小，从而实现低RCS隐身特性。
所述的天线支架5由环氧树脂材料制作而成。起到支撑金属及等离子体天线的作用。
所述的等离子体石英赋形体1与金属托盘2、倒锥形铜桶4的总长为λ/20。
所述的等离子体石英赋形体1为圆柱形结构长度为λ/20，半径为5mm，石英腔体壁厚3mm，内部充有稀薄氩气。
所述的等离子体石英赋形体1采用13.56MHz的射频信号进行激励，数量为6根，并在端部采用耦合结构馈电。
所述的金属托盘2底部与倒锥形铜桶4底部均采用椭球形渐变结构处理，并采用紫铜材料制作而成。
所述的倒锥形铜桶4最底端为馈电点，采用特征阻抗为50欧的同轴线馈电。
所述的电阻电感并联结构3中，电阻置于电感线圈内部，管脚分别连接并焊接于上下金属表面。
所述的接地板6为圆形对称结构，采用铝材料，半径为λ/20，厚度为1mm。
该天线在激励等离子体时，工作于30-100MHz；不激励等离子体时，为金属天线，工作于100-512MHz。通过可重构实现在30-512MHz内VSWR＜3，即达到了17：1的阻抗带宽，相对带宽为178％，如图2，图3，图4，图5所示，并且在该频率范围内增益大于-5dB，具有水平全向的方向图，如图6和图7所示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，包括等离子体石英赋形体(1)、金属托盘(2)、电阻电感并联结构(3)、倒锥形铜桶(4)、天线支架(5)和接地板(6)；
所述的等离子体石英赋形体(1)与金属托盘(2)电耦合接触；所述的电阻电感并联结构(3)分别与金属托盘(2)和倒锥形铜桶(4)的金属面焊接；所述的金属托盘(2)与倒锥形铜桶(4)分别固定于天线支架(5)；所述的天线支架(5)固定在接地板(6)上；
该天线在激励等离子体时，工作于30-100MHz；不激励等离子体时，为金属天线，工作于100-512MHz。
2.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，所述的天线支架(5)为由环氧树脂材料制作而成的天线支架。
3.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，所述的等离子体石英赋形体(1)与金属托盘(2)、倒锥形铜桶(4)的总长为λ/10。
4.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，所述的等离子体石英赋形体(1)为圆柱形结构，长度为λ/20，半径为5mm，石英腔体壁厚3mm，内部充有稀薄氩气。
5.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，所述的等离子体石英赋形体(1)采用13.56MHz的射频信号进行激励，数量为6根，并在端部采用耦合结构馈电。
6.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，所述的金属托盘(2)底部与倒锥形铜桶(4)底部均采用椭球形渐变结构，并采用紫铜材料制作而成。
7.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，所述的倒锥形铜桶(4)最底端为馈电点，采用同轴线馈电。
8.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，所述的电阻电感并联结构(3)包括电阻和电感，其中电阻置于电感线圈内部，管脚分别连接金属托盘(2)和倒锥形铜桶(4)。
9.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，所述的接地板(6)为圆形对称结构，采用铝材料，半径为λ/20，厚度为1mm。
10.根据权利要求1所述的一种基于电调等离子体的可重构宽带天线，其特征在于，通过可重构实现在30-512MHz内VSWR＜3，达到了17：1的阻抗带宽，相对带宽为178％，并且在该频率范围内增益大于-5dB，具有水平全向的方向图。
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