CN110808480A - 机身共形相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机身共形相控阵天线，包括天线基体和设置于天线基体的多个天线阵列单元，天线基体包括金属化层和介质层，天线阵列单元包括馈电点、辐射缝隙、波导侧壁金属化通孔和幅相调配金属化通孔，波导侧壁金属化通孔围设在辐射缝隙四周，幅相调配金属化通孔位于波导侧壁金属化通孔和辐射缝隙之间并贯穿上金属化层和下金属化层，波导侧壁金属化通孔和幅相调配金属化通孔用于调节辐射缝隙的电参数。本发明提供的机身共形相控阵天线通过调整波导侧壁金属化通孔与幅相调配金属化通孔的位置，可对每个辐射缝隙的电参数进行调节，实现天线口面幅度调节与相位控制，弥补机身共形相控阵天线受机身弯曲影响带来的幅度相位误差，实现天线低副瓣性能。

Description

机身共形相控阵天线
技术领域
本发明涉及相控阵天线技术领域，具体涉及一种机身共形相控阵天线。
背景技术
为了提高机载雷达、通信等设备的天线增益，需要更大的天线口径。但大孔径天线在载机平台上的安装矛盾突出，机头空间有限，背在机背上又影响飞机的气动性能。因此，较好的解决办法是把天线和机身融合在一起，即将天线共形安装在机身表面上，从而形成非平面的共形天线。这项技术不破坏飞机的外形结构及空气动力学等特性，对于飞机本身飞行的影响微乎其微，并且对于飞机本身的电磁特性影响也比较传统的方法小很多。共形天线拥有很好的抗干扰特性，且信号好，探测范围远，可以很好的扩大探测范围。由于机身本身结构限定，共形天线在机身不同位置处的弯曲度不同，现有的共形天线受机身弯曲影响，其辐射幅度和相位产生误差，导致共形天线波束在俯仰面的指向偏差及副瓣电平恶化。
因此，需要一种能够实现俯仰面波束指向统一且低副瓣电平的机身共形天线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现俯仰面波束指向统一和低副瓣电平的机身共形相控阵天线。
为实现上述目的，本发明提供一种机身共形相控阵天线，包括天线基体和设置于天线基体的多个天线阵列单元，所述天线基体包括金属化层和介质层，所述金属化层包括上金属化层和下金属化层，所述介质层位于所述上金属化层和所述下金属化层之间，所述天线阵列单元包括馈电点、辐射缝隙、波导侧壁金属化通孔和幅相调配金属化通孔，所述馈电点设置于所述金属化层，所述辐射缝隙开设于所述金属化层，所述波导侧壁金属化通孔贯穿所述上金属化层和所述下金属化层，所述波导侧壁金属化通孔围设在所述辐射缝隙四周，所述幅相调配金属化通孔位于所述波导侧壁金属化通孔和所述辐射缝隙之间并贯穿所述上金属化层和所述下金属化层，所述波导侧壁金属化通孔和所述幅相调配金属化通孔用于调节所述辐射缝隙的电参数。
较佳地，所述波导侧壁金属化通孔用于调整所述辐射缝隙的辐射相位，所述幅相调配金属化通孔用于调节所述辐射缝隙的辐射幅度和相位。
较佳地，所述单个天线阵列单元包含多个辐射缝隙，所述波导侧壁金属化通孔围设在所述多个辐射缝隙四周，位于多个所述辐射缝隙一侧的为第一波导侧壁金属化通孔，位于多个所述辐射缝隙另一侧的为第二波导侧壁金属化通孔，所述波导侧壁金属化通孔调整所述辐射缝隙的辐射相位的方法包括，通过调节相对的第一波导侧壁金属化通孔和所述第二波导侧壁金属化通孔之间的间距来调整所述辐射缝隙的辐射相位。
较佳地，所述幅相调配金属化通孔调节所述辐射缝隙的辐射幅度和相位的方法包括，通过调节所述幅相金属化通孔在所述波导侧壁金属化通孔与所述辐射缝隙间的具体位置点来调整所述辐射缝隙的辐射幅度和相位。
较佳地，所述天线基体一侧的中间部位向内凹陷形成凹槽。
较佳地，所述机身共形相控阵天线还包括去耦结构，所述去耦结构设置于相邻两个所述天线阵列单元之间，所述去耦结构用于减少相邻两个所述天线阵列单元之间的耦合。
较佳地，所述去耦结构包含多个局部开口回字形结构，所述局部开口回字形结构包括外开口正方形外框结构和内开口正方形内框结构，所述外开口正方形外框结构和所述内开口正方形内框结构的开口大小可根据所述机身相控阵天线的谐振频率进行调节。
较佳地，所述机身共形相控阵天线的厚度为0.8～1.2mm。
与现有技术相比，本发明提供的机身共形相控阵天线，包括天线基体和设置于天线基体的多个天线阵列单元，所述天线阵列单元包括馈电点、辐射缝隙、波导侧壁金属孔和幅相调配金属化通孔，馈电点为电磁信号馈入机身共形相控阵天线的位置，电磁信号进入天线后，金属化层、波导侧壁金属化通孔、介质层将电磁能量束缚在基片集成波导内部，使其沿着基片集成波导往前传播，在传播过程中，电磁能量通过辐射缝隙辐射后在空间合成，形成天线波束，通过调整波导侧壁金属化通孔与幅相调配金属化通孔的位置，可对每个辐射缝隙的电参数进行调节，实现天线口面幅度调节与相位控制，弥补机身共形相控阵天线受机身弯曲影响带来的幅度相位误差，实现天线低副瓣性能。
附图说明
图1为本发明一实施例机身共形相控阵天线安装于机身状态图；
图2为本发明一实施例机身共形相控阵天线结构示意图；
图3为图2中A部分放大图；
图4为本发明一实施例机身共形相控阵天线波导侧壁金属化通孔结构示意图；
图5为本发明一实施例机身共形相控阵天线去耦结构的结构示意图；
图6为本发明一实施例机身共形相控阵天线增加去耦结构前后相邻天线阵列单元隔离度变化曲线；
图7为本发明一实施例机身共形相控阵天线方位面方向图；
图8为本发明一实施例机身共形相控阵天线俯仰面方向图。
符号说明：
机身共形相控阵天线10、天线基体100、金属化层110、上金属化层111、下金属化层112、介质层120、凹槽130、天线阵列单元200、馈电点210、辐射缝隙220、波导侧壁金属化通孔230、第一波导侧壁金属化通孔231、第二波导侧壁金属化通孔232、幅相调配金属化通孔240、去耦结构300、局部开口回字形结构310、外开口正方形外框结构311、内开口正方形内框结构312、机身20
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。需说明的是，下述实施方法是对本发明做的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。
请参见图1至图3，本发明提供的机身共形相控阵天线10安装于机身20的一侧，当然也可以在机身20两侧对称安装两个机身共形相控阵天线10。本发明提供的机身共形相控阵天线10包括天线基体100和设置于天线基体100的多个天线阵列单元200，天线基体100包括金属化层110和介质层120，金属化层110包括上金属化层111和下金属化层112，介质层120位于上金属化层111和下金属化层112之间，天线阵列单元200包括馈电点210、辐射缝隙220、波导侧壁金属化通孔230和幅相调配金属化通孔240，馈电点210设置于金属化层110，辐射缝隙220开设于金属化层110，波导侧壁金属化通孔230贯穿上金属化层111和下金属化层112，波导侧壁金属化通孔230围设在辐射缝隙220四周，幅相调配金属化通孔240位于波导侧壁金属化通孔230和辐射缝隙220之间并贯穿上金属化层111和下金属化层112，波导侧壁金属化通孔230和幅相调配金属化通孔240用于调节辐射缝隙220的电参数。波导侧壁金属化通孔230用于调整辐射缝隙220的辐射相位，幅相调配金属化通孔240用于调节辐射缝隙220的辐射幅度和相位。馈电点210为电磁信号馈入机身共形相控阵天线10的位置，电磁信号进入天线后，金属化层110、波导侧壁金属化通孔230、介质层120将电磁能量束缚在基片集成波导内部，使其沿着基片集成波导往前传播，在传播过程中，电磁能量通过辐射缝隙220辐射后在空间合成，形成天线波束，通过调整波导侧壁金属化通孔230与幅相调配金属化通孔240的位置，可对每个辐射缝隙220的电参数进行调节，实现天线口面幅度调节与相位控制，弥补机身共形相控阵天线10受机身20弯曲影响带来的幅度相位误差，实现天线低副瓣性能。
请参见图2至图4，单个天线阵列单元200包含多个辐射缝隙220，波导侧壁金属化通孔230围设在多个辐射缝隙220四周，位于多个辐射缝隙220一侧的为第一波导侧壁金属化通孔231，位于多个辐射缝隙220另一侧的为第二波导侧壁金属化通孔232，波导侧壁金属化通孔230调整辐射缝隙220的辐射相位的方法包括，通过调节相对的第一波导侧壁金属化通孔231和第二波导侧壁金属化通孔232之间的间距来调整辐射缝隙220的辐射相位。具体地，根据机身不同位置处辐射缝隙220的形变大小，调节第一波导侧壁金属化通孔231和第二波导侧壁金属化通孔232的间距来改变基片集成波导介质波长，进而调节辐射缝隙220的相位。幅相调配金属化通孔240调节辐射缝隙220的辐射幅度和相位的方法包括，通过调节幅相调配金属化通孔240在波导侧壁金属化通孔230与辐射缝隙220间的具体位置点来调整辐射缝隙220的辐射幅度和相位。幅相调配金属化通孔240是通过扰乱辐射缝隙220周围的场分布影响辐射缝隙220幅度相位分布，幅相调配金属化通孔240位置灵活，可调自由度大，能够根据每个辐射缝隙220对幅度相位的需求进行微调。
请参加图1及图2，天线基体100一侧的中间部位向内凹陷形成凹槽130，机身共形相控阵天线10紧贴飞机机身20排布，天线形状与机身20共形，不影响飞机气动特性，受机翼遮挡影响，机身共形相控阵天线10中间部分缺失，向内凹陷形成凹槽130。
请参见图2、图3及图5，在本实施例中，机身共形相控阵天线10还包括去耦结构300，去耦结构300设置于相邻两个天线阵列单元200之间，去耦结构300用于减少相邻两个天线阵列单元200之间的耦合，从而降低方位面大角度扫描时机身共形相控阵天线10的有源驻波比，提高天线整体电气性能，如图6所示，增加去耦结构300，相邻天线阵列单元200之间的隔离度大约提高10dB左右，相邻天线阵列单元200之间的耦合明显减少。去耦结构300包含多个局部开口回字形结构310，局部开口回字形结构310包括外开口正方形外框结构311和内开口正方形内框结构312，外开口正方形外框结构311和内开口正方形内框结构312的开口大小可根据机身相控阵天线的谐振频率进行调节。
目前天线与机身共形时，天线阵面形状会发生变化，机身方位面弧度有限，天线形变较小，电气性能基本不受影响，机身俯仰面弧度较大，形变后各个辐射缝隙220会在空间形成相位差，会导致波束指向变化及副瓣恶化。请参见图7及图8，本发明提供的机身共形相控阵天线10，通过改变不同辐射缝隙220处波导侧壁金属化通孔230的间距与幅相调配金属化通孔240的位置，使其相位超前或者滞后，保证共形后阵面的等相辐射，并增加去耦结构300，减少相邻天线阵列单元200的耦合，降低相控阵天线的有源驻波，实现±45°范围内扫描时方位面副瓣电平≤-25dB。如图7所示，在本实施例中，机身共形相控阵天线10方位面方向图显示，方位面波束覆盖范围-45°～45°，法线副瓣电平≤-25dB，如图8所示，机身共形相控阵天线10俯仰面方向图中，波束指向为法线方向，图中显示副瓣电平≤-20dB。
综上，本发明提供的机身共形相控阵天线10，包括天线基体100和设置于天线基体100的多个天线阵列单元200，天线阵列单元200包括馈电点210、辐射缝隙220、波导侧壁金属孔和幅相调配金属化通孔240，馈电点210为电磁信号馈入机身共形相控阵天线10的位置，电磁信号进入天线后，金属化层110、波导侧壁金属化通孔230、介质层120将电磁能量束缚在基片集成波导内部，使其沿着基片集成波导往前传播，在传播过程中，电磁能量通过辐射缝隙220辐射后在空间合成，形成天线波束，通过调整波导侧壁金属化通孔230与幅相调配金属化通孔240的位置，可对每个辐射缝隙220的电参数进行调节，实现天线口面幅度调节与相位控制，弥补机身共形相控阵天线10受机身20弯曲影响带来的幅度相位误差，实现天线低副瓣性能。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而己，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种机身共形相控阵天线，其特征在于：包括天线基体和设置于天线基体的多个天线阵列单元，所述天线基体包括金属化层和介质层，所述金属化层包括上金属化层和下金属化层，所述介质层位于所述上金属化层和所述下金属化层之间，所述天线阵列单元包括馈电点、辐射缝隙、波导侧壁金属化通孔和幅相调配金属化通孔，所述馈电点设置于所述金属化层，所述辐射缝隙开设于所述金属化层，所述波导侧壁金属化通孔贯穿所述上金属化层和所述下金属化层，所述波导侧壁金属化通孔围设在所述辐射缝隙四周，所述幅相调配金属化通孔位于所述波导侧壁金属化通孔和所述辐射缝隙之间并贯穿所述上金属化层和所述下金属化层，所述波导侧壁金属化通孔和所述幅相调配金属化通孔用于调节所述辐射缝隙的电参数。
2.如权利要求1所述的机身共形相控阵天线，其特征在于：所述波导侧壁金属化通孔用于调整所述辐射缝隙的辐射相位，所述幅相调配金属化通孔用于调节所述辐射缝隙的辐射幅度和相位。
3.如权利要求2所述的机身共形相控阵天线，其特征在于：所述单个天线阵列单元包含多个辐射缝隙，所述波导侧壁金属化通孔围设在所述多个辐射缝隙四周，位于多个所述辐射缝隙一侧的为第一波导侧壁金属化通孔，位于多个所述辐射缝隙另一侧的为第二波导侧壁金属化通孔。
4.如权利要求3所述的机身共形相控阵天线，其特征在于：所述波导侧壁金属化通孔调整所述辐射缝隙的辐射相位的方法包括，通过调节相对的第一波导侧壁金属化通孔和所述第二波导侧壁金属化通孔之间的间距来调整所述辐射缝隙的辐射相位。
5.如权利要求2所述的机身共形相控阵天线，其特征在于：所述幅相调配金属化通孔调节所述辐射缝隙的辐射幅度和相位的方法包括，通过调节所述幅相金属化通孔在所述波导侧壁金属化通孔与所述辐射缝隙间的具体位置点来调整所述辐射缝隙的辐射幅度和相位。
6.如权利要求1所述的机身共形相控阵天线，其特征在于：所述天线基体一侧的中间部位向内凹陷形成凹槽。
7.如权利要求1所述的机身共形相控阵天线，其特征在于：所述机身共形相控阵天线还包括去耦结构，所述去耦结构设置于相邻两个所述天线阵列单元之间，所述去耦结构用于减少相邻两个所述天线阵列单元之间的耦合。
8.如权利要求7所述的机身共形相控阵天线，其特征在于：所述去耦结构包含多个局部开口回字形结构，所述局部开口回字形结构包括外开口正方形外框结构和内开口正方形内框结构，所述外开口正方形外框结构和所述内开口正方形内框结构的开口大小可根据所述机身相控阵天线的谐振频率进行调节。
9.如权利要求1所述的机身共形相控阵天线，其特征在于：所述机身共形相控阵天线的厚度为0.8～1.2mm。
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