CN114725657A - 机翼骨架天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机翼骨架天线，涉及天线技术领域。所述机翼骨架天线包括：若干框架模块；框架模块包括：金属骨架、高强度介质骨架和馈线；相邻的金属骨架通过高强度介质骨架机械连接，保证框架模块结构强度、重量及机翼骨架气动外形的基础上，实现了金属骨架间电隔离；金属骨架通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的天线功能；机翼骨架本身通过框架模块实现具有电磁信号发射和结构功能的天线载荷，而非将天线载荷由机身移至机翼，可有效提升机翼骨架的功能性，降低飞行器电子载荷总重量和总占用空间。

Description

机翼骨架天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种机翼骨架天线。
背景技术
随着飞行器技术的迅速发展，降低机载电子载荷重量、提升飞行器飞行航时愈发成为广大高校学者、制造厂商的关注点。机翼作为飞行器的重要组成部分，虽然机翼展开方向尺寸较大，但机翼内部空间较小、且密布金属机翼骨架结构以保证飞行功能所需的结构强度，因此机翼内部空间在传统飞行器中没有得到充分利用，机翼仅提供气动飞行功能。
近年来，各种机翼蒙皮共形天线先后被提出。此类天线通常具有较低剖面并能适应机翼蒙皮外形进行曲面共形设计。搭载此类机翼蒙皮天线的机翼既可以提供飞行器所需的气动飞行功能，也可以发射和接收电磁信号，提升飞行器机翼功能性，减少电子载荷所占用的机舱内空间。
国外此类研究起步较早。NASA研制了一种微带天线阵列与太阳能电池、机翼结构一体化设计的飞行器机翼(Structurally Integrated antenna concepts for haleUAVS.NASA RePort-2006-214513.Langley Research center,virginia,2006:23681-2199)。
波音公司报道了一种X波段微带天线阵列集成于机翼结构蜂窝夹层中的机翼天线(UrciaM,BankS D.Structurally integrated phased arrays.2011 IEEE AerospaceConference,Big sky,MT,United states,2011:1-8)。
国内，西安电子科技大学提出了一种结构功能一体化机翼天线，将天线阵列、液冷装置等集成于机翼内部结构，同时提出利用光纤和布拉格光栅实时监测机翼结构变形并通过信号处理予以补偿，降低机翼震动和变形对天线电性能的影响(周金柱，何庆强，保宏，李明等.结构功能一体化机翼天线，中国专利，专利申请号：201410135872.9)。
国内外已经公开报道了天线/天线阵列与机翼蒙皮共形、集成于机翼内部的机翼天线技术方案，提高了机翼内部空间利用率。然而，此类技术方案本质上是将原先位于机身的天线转移至机翼，不能有效降低机载电子载荷的总重量。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种机翼骨架天线，解决了飞行器无法降低机载电子载荷总重量的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种机翼骨架天线，所述机翼骨架天线包括：若干框架模块；
所述框架模块包括：金属骨架、高强度介质骨架和馈线；
相邻的金属骨架通过高强度介质骨架机械连接；
金属骨架通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的天线功能。
优选的，所述高强度介质骨架采用玻璃纤维材质。
优选的，所述框架模块包括：第一金属骨架、第二金属骨架和若干第一高强度介质骨架；
所述第一金属骨架设置为一字形或E字形或F字形；
所述第二金属骨架设置为E字形；
所述第一金属骨架与第二金属骨架通过第一高强度介质骨架连接；
所述第一金属骨架和第二金属骨架分别通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的E形天线功能。
优选的，所述框架模块包括：反射器、两个振子臂和第二高强度介质骨架；
相邻的反射器和振子臂通过第二高强度介质骨架连接；
两个振子臂通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的偶极子天线功能。
优选的，所述偶极子天线可在0.5～2GHz，4:1倍频程的工作带宽内驻波优于2.6，能实现超宽带特性。
优选的，所述偶极子天线可在0.5～2GHz，4:1倍频程的工作带宽内实现向下的主瓣波束，可满足飞行器飞行时与地面通信或对地面进行探测的需求。
优选的，所述框架模块包括：第三金属骨架和第三高强度介质骨架；
所述第三高强度介质骨架将第三金属骨架分割为折叠偶极子天线的金属臂，所述第三金属骨架开口处两侧通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的折叠偶极子天线功能。
优选的，所述框架模块包括：八木反射器、第四高强度介质骨架、主辐射结构和引向器；所述八木反射器、主辐射结构和引向器通过若干第四高强度介质骨架连接；
所述主辐射结构包括两段主辐射金属臂，两段主辐射金属臂通过第四高强度介质骨架连接；
两段主辐射金属臂分别通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的八木天线功能。
(三)有益效果
本发明提供了一种机翼骨架天线。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明中，所述机翼骨架天线包括：若干框架模块；框架模块包括：金属骨架、高强度介质骨架和馈线；相邻的金属骨架通过高强度介质骨架机械连接，保证框架模块结构强度、重量及机翼骨架气动外形的基础上，实现了金属骨架间电隔离；金属骨架通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的天线功能；
机翼骨架本身通过框架模块实现具有电磁信号发射和结构功能的天线载荷，而非将天线载荷由机身移至机翼，可有效提升机翼骨架的功能性，降低飞行器电子载荷总重量和总占用空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中机翼骨架天线的结构示意图；
图2为图1中A处放大图；
图3为本发明实施例1中框架模块的结构示意图；
图4为本发明实施例2中框架模块的结构示意图；
图5为本发明实施例3中框架模块的结构示意图；
图6为本发明实施例4中框架模块的结构示意图；
图7为本发明实施例2中偶极子天线的驻波仿真图；
图8为本发明实施例2中偶极子天线在1GHz的方向图仿真图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种机翼骨架天线，解决了飞行器无法降低机载电子载荷总重量的问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例中，所述机翼骨架天线包括：若干框架模块；框架模块包括：金属骨架、高强度介质骨架和馈线；相邻的金属骨架通过高强度介质骨架机械连接，保证框架模块结构强度、重量及机翼骨架气动外形的基础上，实现了金属骨架间电隔离；金属骨架通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的天线功能；
机翼骨架本身通过框架模块实现具有电磁信号发射和结构功能的天线载荷，而非将天线载荷由机身移至机翼，可有效提升机翼骨架的功能性，降低飞行器电子载荷总重量和总占用空间。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
如图1～3所示，本发明提供了一种机翼骨架天线，所述机翼骨架天线包括：若干框架模块11；
所述框架模块11包括：金属骨架、高强度介质骨架和馈线；
相邻的金属骨架通过高强度介质骨架机械连接，保证框架模块11结构强度、重量及机翼骨架气动外形的基础上，实现了金属骨架间电隔离；
金属骨架通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块11的天线功能。
机翼骨架本身通过框架模块11实现具有电磁信号发射和结构功能的天线载荷，而非将天线载荷由机身移至机翼，可有效提升机翼骨架的功能性，降低飞行器电子载荷总重量和总占用空间。
所述机翼骨架天线普适性强，可推广至无人机、载人飞机等多种飞行器平台，具有突出创造性，有很高的工程应用价值。
所述金属骨架被高强度介质骨架分隔为多个机械相连但电隔离的金属结构，能够用于天线设计；框架模块11从结构上适宜进行E形天线、偶极子天线、折叠偶极子天线、八木天线、对数周期天线等天线形式的设计。
机翼骨架天线由多组框架模块11构成，可进行天线阵列或引向器设计，提升天线性能；在机翼根部的框架模块11尺寸相近，且运动震动较小，可设计多个相同或相似的天线单元，形成天线阵列；在震动较大的机翼中部和尾部，电性能稳定较差，不宜作为天线主辐射结构，但可进行引向器等寄生加载结构设计，提升天线阵列的增益。
所述高强度介质骨架采用玻璃纤维材质。
如图3所示，所述框架模块11包括：第一金属骨架21、第二金属骨架22和若干第一高强度介质骨架23；
所述第一金属骨架21设置为一字形或E字形或F字形；
所述第二金属骨架22设置为E字形；
所述第一金属骨架21与第二金属骨架22通过第一高强度介质骨架23连接；
所述第一金属骨架21和第二金属骨架22分别通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块11的E形天线功能。
实施例2：
如图4所示，所述框架模块11包括：反射器31、两个振子臂32和第二高强度介质骨架33；
相邻的反射器31和振子臂32通过第二高强度介质骨架33连接；
两个振子臂32通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块11的偶极子天线功能。
所述偶极子天线的驻波仿真结果如图7所示，所述偶极子天线可在0.5～2GHz，4:1倍频程的工作带宽内驻波优于2.6，能实现超宽带特性。
所述偶极子天线的方向图仿真结果如图8所示，所述偶极子天线可在0.5～2GHz，4:1倍频程的工作带宽内实现向下的主瓣波束，可满足飞行器飞行时与地面通信或对地面进行探测的需求。
实施例3：
如图5所示，所述框架模块11包括：第三金属骨架41和第三高强度介质骨架42；
所述第三高强度介质骨架42将第三金属骨架41分割为折叠偶极子天线的金属臂，所述第三金属骨架41开口处两侧通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块11的折叠偶极子天线功能。
实施例4：
如图6所示，所述框架模块11包括：八木反射器51、第四高强度介质骨架52、主辐射结构和引向器54；所述八木反射器51、主辐射结构和引向器54通过若干第四高强度介质骨架52连接；
所述主辐射结构包括两段主辐射金属臂53，两段主辐射金属臂53通过第四高强度介质骨架52连接；
两段主辐射金属臂53分别通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块11的八木天线功能。
综上所述，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明实施例中，所述机翼骨架天线包括：若干框架模块；框架模块包括：金属骨架、高强度介质骨架和馈线；相邻的金属骨架通过高强度介质骨架机械连接，保证框架模块结构强度、重量及机翼骨架气动外形的基础上，实现了金属骨架间电隔离；金属骨架通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块的天线功能；
机翼骨架本身通过框架模块实现具有电磁信号发射和结构功能的天线载荷，而非将天线载荷由机身移至机翼，可有效提升机翼骨架的功能性，降低飞行器电子载荷总重量和总占用空间。
机翼骨架天线普适性强，可推广至无人机、载人飞机等多种飞行器平台，具有突出创造性，有很高的工程应用价值。
金属骨架被高强度介质骨架分隔为多个机械相连但电隔离的金属结构，能够用于天线设计；框架模块从结构上适宜进行E形天线、偶极子天线、折叠偶极子天线、八木天线、对数周期天线等天线形式的设计。
机翼骨架天线由多组框架模块构成，可进行天线阵列或引向器设计，提升天线性能；在机翼根部的框架模块尺寸相近，且运动震动较小，可设计多个相同或相似的天线单元，形成天线阵列；在震动较大的机翼中部和尾部，电性能稳定较差，不宜作为天线主辐射结构，但可进行引向器等寄生加载结构设计，提升天线阵列的增益。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种机翼骨架天线，其特征在于，所述机翼骨架天线包括：若干框架模块(11)；
所述框架模块(11)包括：金属骨架、高强度介质骨架和馈线；
相邻的金属骨架通过高强度介质骨架机械连接；
金属骨架通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块(11)的天线功能。
2.如权利要求1所述的机翼骨架天线，其特征在于，所述高强度介质骨架采用玻璃纤维材质。
3.如权利要求1所述的机翼骨架天线，其特征在于，所述框架模块(11)包括：第一金属骨架(21)、第二金属骨架(22)和若干第一高强度介质骨架(23)；
所述第一金属骨架(21)设置为一字形或E字形或F字形；
所述第二金属骨架(22)设置为E字形；
所述第一金属骨架(21)与第二金属骨架(22)通过第一高强度介质骨架(23)连接；
所述第一金属骨架(21)和第二金属骨架(22)分别通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块(11)的E形天线功能。
4.如权利要求1所述的机翼骨架天线，其特征在于，所述框架模块(11)包括：反射器(31)、两个振子臂(32)和第二高强度介质骨架(33)；
相邻的反射器(31)和振子臂(32)通过第二高强度介质骨架(33)连接；
两个振子臂(32)通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块(11)的偶极子天线功能。
5.如权利要求4所述的机翼骨架天线，其特征在于，所述偶极子天线可在0.5～2GHz，4:1倍频程的工作带宽内驻波优于2.6，能实现超宽带特性。
6.如权利要求4所述的机翼骨架天线，其特征在于，所述偶极子天线可在0.5～2GHz，4:1倍频程的工作带宽内实现向下的主瓣波束，可满足飞行器飞行时与地面通信或对地面进行探测的需求。
7.如权利要求1所述的机翼骨架天线，其特征在于，所述框架模块(11)包括：第三金属骨架(41)和第三高强度介质骨架(42)；
所述第三高强度介质骨架(42)将第三金属骨架(41)分割为折叠偶极子天线的金属臂，所述第三金属骨架(41)开口处两侧通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块(11)的折叠偶极子天线功能。
8.如权利要求1所述的机翼骨架天线，其特征在于，所述框架模块(11)包括：八木反射器(51)、第四高强度介质骨架(52)、主辐射结构和引向器(54)；所述八木反射器(51)、主辐射结构和引向器(54)通过若干第四高强度介质骨架(52)连接；
所述主辐射结构包括两段主辐射金属臂(53)，两段主辐射金属臂(53)通过第四高强度介质骨架(52)连接；
两段主辐射金属臂(53)分别通过馈线连接发射源和/或接收机，实现框架模块(11)的八木天线功能。
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刘鲁军等: "长条形雷达天线结构设计研究", 《电子机械工程》, vol. 35, no. 3 *
孙俊磊等: "基于天线安装的菱形翼无人机翼型优化设计", 《航 空 学 报》, vol. 38, no. 11 *
田力等: "基于DSP的无人机机载天线自动收放系统", 《计算机测量与控制》 *

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