CN114142206B - 一种机载可收放柔性天线 - Google Patents

Abstract

本申请属于本申请属于本发明涉及微波技术领域，特别涉及一种机载可收放柔性天线，所述柔性天线主要包括天线收放机构与双向聚合集成阵面，天线收放机构为伞状，包括滑杆，套设于滑杆的滑环，以及连接滑杆与滑环之间的支持连杆，双向聚合集成阵面为柔性雷达阵面，滑环沿滑杆往复运动使支持连杆收拢与展开，同时带动双向聚合集成阵面的展开；本发明天线可以展开和收拢，能够节省飞机的储存空间，同时在展开后，雷达具有较大的工作面，能够提高雷达的雷达的探测距离。

Description

一种机载可收放柔性天线

技术领域

本申请属于本发明涉及微波技术领域，特别涉及一种机载可收放柔性天线。

背景技术

未来空战场向分布式、广域、智能化发展，空中力量编成自由分布，空中威胁在任意方位出现，需要战斗机能够全方位看穿战场、瞬间打击。随着战机的更新换代，机载雷达天线的探测范围由60°扩展到120°，增加侧阵后能够扩充到300°，然而后向60°探测范围受到限制，仍然存在天线探测盲区，其探测能力存在严重短板。

当前解决的办法主要是在机身后部装载端射阵列，或者智能蒙皮，但是这些机载天线存在以下不足：第一，由于战机后向有发动机喷口等装置，能够装载天线的位置空间有限；第二，有效辐射的口径小，视在增益低，探测能力无法满足要求。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种机载可收放柔性天线，包括：

与飞机传输连接的电源及波束控制一体化缆绳；

天线收放机构，天线收放机构为伞状，包括滑杆，套设于滑杆的滑环，以及连接滑杆与滑环之间的支持连杆，滑环沿滑杆往复运动使支持连杆收拢与展开；

馈源、馈源安装在天线收放机构上。

双向聚合集成阵面，双向聚合集成阵面连接天线收放机构，随支持连杆一同收拢与展开，其包括：接收馈源信号的内收发天线阵面、处理信号的幅相加权网络、辐射信号的外收发天线阵面以及承载上述三者的柔性承载面。

优选的是，内收发天线阵面由多个内收发天线单元组成；幅相加权网络由多个幅相加权单元构成；外收发天线阵面由多个外收发天线单元构成，内收发天线单元与幅相加权单元一一对应，幅相加权单元与外收发天线单元一一对应。

优选的是，双向聚合集成阵面与支持连杆之间连接有整流罩，整流装置为内径可由支持连杆的收拢与展开而可小可大的椭球状，其一端套设在滑杆上，中间段连接支持连杆，另一端安装双向聚合集成阵面，整流装置为内径可由支持连杆的收拢与展开而可小可大的椭球状。

优选的是，电源及波束控制一体化缆绳包括高强度牵引绳、电源及波束控制电缆、射频电缆、收放机构控制线缆以及保护层；电源及波束控制电缆、射频电缆与收放机构控制线缆分布在高强度牵引绳四周，保护层套设在电源及波束控制一体化缆绳的最外层。

优选的是，整流装置在展开状态时的形状包括纺锤体、杏仁体。

优选的是，天线承载面包括镂空结构。

优选的是，整流装置表面具有减少风阻的导流槽。

优选的是，内收发天线单元包括内辐射片和内天线端，外收发天线单元包括外辐射片和外天线端口，内辐射片与所述的外辐射片由小型化的柔性的金属线或者微纳结构的金属片材料构成。

优选的是，柔性承载面的形状包括网状或者伞面状。

本申请的优点包括：与现有机载天线相比，本发明具有如下优点：第一，天线可以展开和收拢，因此收拢后经过一体化缆绳收回至设备舱中占有较小的体积；第二，由于收拢后的体积较小，能够安装的位置比较灵活，比如机腹、机翼、吊舱等位置；第三，天线释放展开后口径增大，增益提高，因此可以显著提高战机后向探测能力；第四，天线释放到一定的安全距离展开工作，距离载体较远，天线辐射不受载体遮挡、反射等因素影响，有利于提高天线的性能。与现有的反射面和透镜天线相比，本发明的双向聚合集成阵面不依赖于阵面的具体形状，能够快速切换波束扫描方向。本发明可广泛应用于各种战斗机、吊舱设备和挂在设备之中，本申请天线口径可以比现有的后向端射天线以及智能蒙皮的天线的有效口径增大25倍，根据天线增益的增加与探测距离是平方根关系，则雷达的探测距离提高5倍。

附图说明

图1是本发明构成框图；

图2是本发明的电源及波束控制一体化缆绳1的横截面示意图；

图3是本发明的收放机构2的展开示意图；

图4是本发明的收放机构2的收拢开示意图；

图5是本发明的馈源3以及双向聚合集成阵面4示意图；

图6是本发明柔性承载面44上的一个天线单元；

图7是本发明的一个实施例示意图；

其中，1-电源及波束控制一体化缆绳，2-天线收放机构，21-滑杆，22-滑环，23-支持连杆，3-馈源，4-双向聚合集成阵面，41-内收发天线阵面，411-内收发天线单元，4111-内辐射片，4112-内天线端，42-幅相加权网络，421-幅相加权单元，431-外收发天线单元，4311-外辐射片，4312-外天线端口，43-外收发天线阵面，44-柔性承载面，5-整流装置。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种机载可收放柔性天线，所述的机载可收放柔性天线包括：电源及波束控制一体化缆绳1、天线收放机构2、馈源3、双向聚合集成阵面4、整流装置5。

如图2所示，所述的电源及波束控制一体化缆绳1包括高强度牵引绳11和电源及波束控制电缆12、射频电缆13、收放机构控制线缆14保护层15，所述的高强度牵引绳11承担天线工作时的拉力；所述的电源及波束控制电缆12将放置在设备舱内的雷达设备产生的直流电流和控制信号送至所述的双向聚合集成阵面4中，所述的射频电缆13将发射信号送至所述的馈源3以及将所述的馈源3接收到信号返回舱内设备进行处理；所述的收放机构控制线缆14用于控制所述的天线收放机构2的收放；所述的保护层15用于电源及波束控制一体化缆绳1的保护；

所述的天线收放机构2用于天线的收放，当天线需要工作时，设备舱打开，通过电源及波束控制一体化缆绳1将天线收放机构2、馈源3、可收放的双向聚合集成阵面4和整流装置5释放，释放一段安全距离后，在收放机构控制线缆14输送的控制信号下，天线收放机构2控制馈源3、双向聚合集成阵面4和整流装置5展开；当天线完成工作后，在收放机构控制线缆14输送的控制信号下，天线收放机构2将馈源3、双向聚合集成阵面4和低整流装置5收拢，并通过电源及波束控制一体化缆绳1收回至设备舱；

如图5所示，所述的馈源3，用于天线功率信号源的发射，以及雷达回波信号的回收，所述的馈源3体积小、口径小，便于天线的收放；

所述的双向聚合集成阵面4在所述的天线收放机构1作用下展开时，具有较大的天线口径，从而能够实现较大的天线增益，因此能够显著提高战机后向探测能力。

如图3和图4所示，天线收放机构2的一种可实现的结构方式类似于伞状结构，包括滑杆21，滑环22，以及支持连杆23，当滑环22在控制信号制动下，在滑杆21上滑动时，可以控制支撑杆23的收放，从而控制控制馈源3、双向聚合集成阵面4和整流装置5的展开和收拢。

如图5所示，双向聚合集成阵面4包括内收发天线阵面41，幅相加权网络42、外收发天线阵面43、柔性承载面44；其中，如图6所示，所述的内收发天线阵面41由多个内收发天线单元411构成，所述的内收发天线单元411包括内辐射片4111和内天线端口4112；

所述的幅相加权网络42由多个幅相加权单元421构成，用于微波信号幅度放大、衰减以及相位延迟的加权，降低副瓣和减小相差损失，实现天线波束快速切换和载机后向空域的波束扫描；

所述的外收发天线阵面43由多个外收发天线单元431构成，所述的外收发天线单元431包括外辐射片4311和外天线端口4312；

所述的内收发天线阵面41与所述的外收发天线阵面43分别位于所述的幅相加权网络42的两侧；所述的内收发天线单元411与所述的幅相加权单元421以及所述的外收发天线单元431数量相同并且一一对应；

所述的内辐射片4111与所述的外辐射片4311由小型化的柔性的金属线或者微纳结构的金属片等材料构成，与小型化的片状的幅相加权单元421一起集成在网状或者伞面状的柔性承载面44上；

当天线为发射状态时，所述的馈源3向所述的内收发天线阵面41辐射电磁功率信号，通过所述的内辐射片4111感应接收，将空间的电磁场信号转换为电路信号，通过内天线端口4112送入对应的幅相加权单元421，经过幅相加权调制后送入外天线端口4312，最后经过外辐射片4311将电路信号重新转换为电磁场信号，向载机的后向辐射。

当天线为接收状态时，外辐射片4311将雷达回波信号感应接收，将电磁信号转换为电路信号，通过外天线端口4312送入对应的幅相加权单元421，经过幅相加权调制后送入内天线端口4112，经过内辐射片4111向馈源3辐射，最后被馈源3接收，并通过电源及波束控制一体化缆绳1送入雷达设备中进行接收处理。

一种机载可收放柔性天线，所述的馈源3与所述的内收发天线阵面41相当于一个空间功分网络，好处是空气介质损耗少，效率高，不需要使用复杂的功分网络进行功率合成与分配，并且便于天线的收放。

一种机载可收放柔性天线，所述的机载可收放柔性天线所包含的整流装置5在天线收放机构2控制下展开时为纺锤体或者杏仁体的一部分或其它流体形式，用于减少风阻；

一种机载可收放柔性天线，所包含的整流装置5与柔性的天线承载面44连接并在天线收放结构2的作用下控制天线承载面44展开和收拢；所述的天线承载面44还可以进一步设计成镂空结构，并与内收发天线阵面41、幅相加权网络42以及外收发天线阵面43合理分布，减小阻力；

一种机载可收放柔性天线，所包含的整流装置5表面可以开设进一步减少风阻的导流槽52；

本发明的工作原理是：在作战应用场景下，设备舱打开，通过电源及波束控制一体化缆绳1将天线收放机构2、馈源3和双向聚合集成阵面4以及整流装置5释放一段安全距离后，在控制信号作用下，天线收放机构2控制馈源3、双向聚合集成阵面4和整流装置5展开；微波发射信号通过馈源3照射到双向聚合集成阵面4并幅相加权向载机后向空间辐射，并将回波信号通过双向聚合集成阵面接收、幅相加权并辐射聚焦到馈源3后传递给设备舱内的雷达设备。因为双向聚合集成阵面4展开后的主天线的口径可以成倍、十倍甚至几十倍的扩大，天线的增益相应增加，因此战机的后向探测能力能够显著提高；当天线完成工作后，天线收放机构2控制馈源3、双向聚合集成阵面4和整流装置5收拢，并通过电源及波束控制一体化缆绳1收回至设备舱。

在实际环境中，如图7所示，雷达的发射机、接收机、处理机等设备放机翼吊舱内，机载可收放柔性天线工作时释放到天线外，完成工作后收回到设备舱内。

由于机载可收放柔性天线在方位面和俯仰面同时展开，构成二维阵面，天线口径可以比现有的后向端射天线以及智能蒙皮的天线的有效口径增大25倍，根据天线增益的增加与探测距离是平方根关系，则雷达的探测距离提高5倍。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种机载可收放柔性天线，其特征在于，包括：与飞机传输连接的电源及波束控制一体化缆绳（1）；天线收放机构（2），天线收放机构（2）为伞状，包括滑杆（21），套设于滑杆（21）的滑环（22），以及连接滑杆（21）与滑环（22）的支持连杆（23），滑环（22）沿滑杆（21）往复运动使支持连杆（23）收拢与展开；

馈源（3），馈源（3）安装在天线收放机构（2）上；

双向聚合集成阵面（4），双向聚合集成阵面（4）连接天线收放机构（2），随支持连杆（23）一同收拢与展开，其包括：向馈源（3）辐射或从馈源（3）接收信号的内收发天线阵面（41）、调制信号幅度和相位的幅相加权网络（42）、向载机后向辐射或从载机后向接收信号的外收发天线阵面（43）以及承载上述三者的柔性承载面（44）。

2.如权利要求1所述的机载可收放柔性天线，其特征在于，内收发天线阵面（41）由多个内收发天线单元（411）组成；幅相加权网络（42）由多个幅相加权单元（421）构成；外收发天线阵面（43）由多个外收发天线单元（431）构成，内收发天线单元（411）与幅相加权单元（421）一一对应，幅相加权单元（421）与外收发天线单元（431）一一对应。

3.如权利要求1所述的机载可收放柔性天线，其特征在于，双向聚合集成阵面（4）与支持连杆（23）之间连接有整流装置（5），整流装置（5）为内径可由支持连杆（23）的收拢与展开而可小可大的椭球状，其一端套设在滑杆（21）上，中间段连接支持连杆（23），另一端安装双向聚合集成阵面（4）。

4.如权利要求1所述的机载可收放柔性天线，其特征在于，电源及波束控制一体化缆绳（1）包括高强度牵引绳（11）、电源及波束控制电缆（12）、射频电缆（13）、收放机构控制线缆（14）以及保护层（15）；电源及波束控制电缆（12）、射频电缆（13）与收放机构控制线缆（14）分布在高强度牵引绳（11）四周，保护层（15）套设在电源及波束控制一体化缆绳（1）的最外层。

5.如权利要求3所述的机载可收放柔性天线，其特征在于，整流装置（5）在展开状态时的形状包括纺锤体或者杏仁体。

6.如权利要求1所述的机载可收放柔性天线，其特征在于，天线承载面（44）包括镂空结构。

7.如权利要求1所述的机载可收放柔性天线，其特征在于，整流装置（5）表面具有减少风阻的导流槽（52）。

8.如权利要求2所述的机载可收放柔性天线，其特征在于，内收发天线单元（411）包括内辐射片(4111)和内天线端(4112)，外收发天线单元(431)包括外辐射片(4311)和外天线端口(4312)，内辐射片(4111)与所述的外辐射片(4311)由小型化的柔性的金属线或者微纳结构的金属片材料构成。

9.如权利要求1所述的机载可收放柔性天线，其特征在于，柔性承载面（44）的形状包括网状或者伞面状。

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