CN209119340U - 机载共形齐平安装波束大角度前倾天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机载天线技术领域，公开了一种机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，包括本实用新型的天线本体和设置在天线本体上的机体共形天线罩，其特征在于：所述天线本体包括天线腔体、波导过度腔体和天线馈电波导腔体，所述天线腔体和所述天线馈电波导腔体之间通过波导过度腔体进行连接，天线腔体中电磁波向上传播至共形天线罩，然后再辐射到自由空间，由于不同介电常数的媒质对电磁波的相互作用，使得天线电磁波辐射的能量大部分往飞机的前部机身辐射，从而使天线主波束大角度偏离口径法向，从而达到飞机防撞或防止其他目标对飞机进行探测的作用。

Description

机载共形齐平安装波束大角度前倾天线

技术领域

本实用新型属于机载天线技术领域，具体涉及一种机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，尤其涉及一种满足不同使用需要、传动效率高、便于安装和拆卸的机载共形齐平安装波束大角度前倾天线。

背景技术

共形天线是一种特殊形式的天线，特殊之处在于其形状与常规天线不同，常规天线的形状取决于天线的电性能要求，而共形天线的形状既要满足天线的电性能要求，还要兼顾飞行器的气动特性。共形天线具有低剖面特点，有利于提高飞行器的气动性能和隐身性能，能够增大机载天线的孔径、妥善解决双模导引头天线孔径叠合的矛盾。一些特殊用处的飞机上往往装有多种天线，通常情况下有20多种，多的达到70多种，这些天线只有极少部分安装在机身内部，绝大多数都突出在机身外部，因此采用共形安装和多频共用成为飞行器天线发展的必然趋势。同时，在导弹近炸和飞机近距离探测(如防撞雷达)中，天线波束需要偏离口径法向较大角度。采用波导漏波天线或者微带漏波能实现天线波束大角度偏离天线口径法向，但受限于天线罩及共形设计要求，难以实现大角度波束偏转。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种满足不同使用需要、传动效率高、便于安装和拆卸的一种机载共形齐平安装波束大角度前倾天线。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，包括天线本体和设置在天线本体上的机体共形天线罩，其特征在于：所述天线本体包括天线腔体、波导过度腔体和天线馈电波导腔体，所述天线腔体和所述天线馈电波导腔体之间通过波导过度腔体进行连接，所述机体共形天线罩与所述天线腔体连接；其中，天线腔体中天线采用共形阵方式进行排列，所谓共形阵天线，是指附着于载体表面且与载体贴合的阵列天线，即需要将阵列天线共形安装在一个固定形状的表面上，从而形成非平面的共形天线阵，通过共形天线阵的形成可以将本实验新型安置在飞机外侧，且与飞机外表面形状更加贴合；而对于波导过度腔体来开，波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导，空心金属波导管将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；表面波波导将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导，因本实用新型用于飞机，故采用封闭波导，所以所述波导过度腔体为空心金属导管；设置天线馈电波导腔体的目的在于：首先馈电波导是指用以传送微波、毫米波和亚毫米波的单界面传输器件，可使电磁波形成受约束的导行波。常见的有金属波导和介质波导，金属波导是指空心的金属管道，具有封闭边界，其横截面可以是矩形、圆形、椭圆形和脊形等。矩形波导应用最为广泛；在波导中存在多种电磁场分布形式，又称波型。每种模式均有一截止波长，在频域则对应为截止频率。理想条件下，某一模式的频率高于其截止频率时可无衰减地通过波导；反之，则不能传播而消失。金属波导具有高通滤波器的特性。可传播模式是色散的，即电磁波等相面沿传播方向的行进速度与频率有关。频率不同相速也不同的现象称为色散。在传播方向电场分量为零的模式称为横电波，或磁波；在传播方向磁场分量为零的模式称为横磁波，或电波；还有二者组成的混合模式。其截止波长分别与波导横截面的几何形状和尺寸有关，对同一模式，尺寸越小，截止波长越小。波导横截面几何尺寸一定时，截止波长最长的模称为主模，或基模，其他的模则称为高次模。由于在截止频率以上的频率范围内，主模是唯一的传输模，可保证以单一的模式传输，故主模是实际工作中最常用的传输模式。几种常用的金属波导及其主模电磁场结构如图所示。制造金属波导的材料常用的有铜、铝，也有采用殷钢和钢的，可根据不同应用场合和波段选择使用。为减少反射损耗，波导内壁要求具有小的公差和高的光洁度；为减少导体损耗，波导内壁可镀银或镀金。若需两段或更多段波导连接时，其接头处应防止微波功率泄漏。波导应具有防潮、防霉、防盐雾、防尘等性能，有些波导连接法兰刻有扼流槽，接头加密封圈或密封胶，波导内充氮气等。而介质波导是一种非金属开放边界波导，故又称开波导。其间电磁波以表面波的形式导行，即场强在垂直于波导边界界面的方向上呈指数衰减，因而大部分电磁能量集中沿波导界面附近空间传播。介质波导中仅存在有限个可传输模，不能传播的模式的频谱则是连续的。电磁波的波长越短，波能量在波导界面上越集中，所需波导尺寸也越小。介质波导在毫米波、亚毫米波及光波中广为采用。介质波导种类甚多，最简单的是具有圆形或矩形横截面的介质长棒。光纤属封闭型圆形介质波导，柔软可弯曲(见光纤基本结构)。将一矩形介质棒紧贴在一金属接地板上，可构成矩形介质镜像波导。接地板产生棒的镜像，使某些模的传输特性与矩形介质波导的完全相同，其结构很适用于毫米波集成电路。在此基础上，派生出隔离介质波导和倒置带状介质波导等。根据馈电波导的特性，本实用新型选择金属波导作为传输波导的方式。

进一步的，所述波导过度腔体截面为斜坡状，所述天线腔体为水平放置，所述波导过度腔体与所述波导过度腔体之间形成夹角，所述天线腔体与所述波导过度腔体之间形成夹角的意义在于：具有一定角度的夹角，用于修正电磁波波束的指向，同时，适当对天线的波形进行调整，实现更好的波段匹配效果；在天线腔体水平放置的时候，矩形波导开口垂直极化馈电，使电磁波由天线馈电波导中的导行波TE10模式，而波导中某一确定模式的激发原理是：激励装置在波导中产生的电力线与所需模式电力线方向一致；或产生的磁力线与所需模式磁力线方向一致；或在波导管壁上产生的电流与所需模式的管壁电流方向一致。通常还应该将激励装置放在能与所需模式有最强耦合的位置上。用同轴线TEM模激励矩形波导TE10模的例子，a中探针所产生的电场和b中小电流环所产生的磁场分别与TE10模在该处的电场和磁场的方向一致，且置于耦合最强处，故天线腔体与共形天线罩的波导向开口处边传播边辐射，从而使天线主波束形成角度偏离。

进一步的，所述天线腔体包括波导腔体和辐射波导开口，所述辐射波导开口沿天线腔体长度方向设置，波导中模式的存在常起有害作用而需要滤除。滤模的原则是在尽量不影响所需模传输的情况下，增加对不需要模的吸收。例如在波导中放进一些吸收片使它处于所需模电场节点上，或与其电场垂直同时又与滤除模的电场平行；或在波导壁上开一系列缝隙使它们与所需模的壁电流平行而与滤除模的壁电流垂直。滤除圆波导中非TE10模的滤模器。天线腔体中模式的激励和滤除便依赖于辐射波导开口，设计开口后包装传输的波导为TE10模式，便于后期对天线主波束形成角度偏离。

进一步的，所述机体共形天线罩设置在天线腔体辐射波导开口的方向保证天线中产生的电磁波可以更好的辐射至机体共形天线罩，所述天线腔体中电磁波从腔体进入，向上传播至共形天线罩，然后再辐射到自由空间，由于不同介电常数的媒质对电磁波的相互作用，使得天线电磁波辐射的能量大部分往飞机的前部机身辐射，从而使天线主波束大角度偏离口径法向。

进一步的，所述机体共形天线罩远离所述天线腔体辐射波导开口的一面截面为弧形，弧线设计使天线罩更加贴合与机身，避免在飞机行驶过程中因阻力过大进而发生天线罩脱落等严重后果。

进一步的，所述天线馈电波导腔体远离所述波导过度腔体的一侧形成开口，所述天线馈电波导腔体的作用在于将天线的主波束朝机身前向辐射，以达到防撞或其他目标探测的作用。

进一步的，所述天线腔体设置在机体中部位置，所述波导过度腔体设置在所述天线腔体远离飞机机尾的一侧，故本实验新型完整的架设方式为天线腔体，波导过度腔体至天线馈电波导腔体，从飞机机体中部逐渐朝向飞机的前身，主要目的就是在天线产生主波束后，将天线的主波束朝机身前向辐射，以达到防撞或其他目标探测的作用。

进一步的，所述天线腔体与机体的金属安装支架保持平行，故将天线腔体与机体进行齐平安装，齐平安装的优势在于可以在齐平安装中加装一个屏蔽层，不仅使天线腔体信号更加稳定，还可以避免天线腔体的信号收到外部干扰。

本实用新型的有益效果为：

本实验新型通过共形设计不影响飞机的气动特性，天线不会突出机身表面安装，可以实现将天线安装在飞机的机腹；其次，将天线腔体进行齐平安装，产生水平的矩形波导，而水平放置的矩形波导开口垂直极化馈电，使电磁波由天线馈电波导中的导行波TE10模式，向开口出边传播边辐射，同时电磁波在通过天线罩时，由于不同介电常数的媒质对电磁波的相互作用，使得天线的辐射能量大部分往机身前向辐射，达到天线主波束大角度偏离口径法向的目的，从而达到飞机防撞或防止其他目标对飞机进行探测的作用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型共形天线罩的结构示意图。

图3是本实用新型天线腔体的结构示意图。

图4是本实用新型的俯视图。

图5是本实用新型的天线辐射方向图。

图6是本实用新型的天线安装在机腹的3D辐射方向图。

图中：1-天线腔体；2-波导过度腔体；3-天线馈电波导腔体；4-共形天线罩。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要形。

实施例1：

如图1所示，本实施例的一种机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，包括天线本体和设置在天线本体上的机体共形天线罩4，其特征在于：天线本体包括天线腔体1、波导过度腔体2和天线馈电波导腔体3，天线腔体1和天线馈电波导腔体3之间通过波导过度腔体2进行连接，机体共形天线罩4与天线腔体1连接；其中，天线腔体1中天线采用共形阵方式进行排列，所谓共形阵天线，是指附着于载体表面且与载体贴合的阵列天线，即需要将阵列天线共形安装在一个固定形状的表面上，从而形成非平面的共形天线阵；而对于波导过度腔体2来开，波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导，空心金属波导管将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；表面波波导将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导，因本实用新型用于飞机，故采用封闭波导，所以波导过度腔体2为空心金属导管。

其中，波导过度腔体2截面为斜坡状，天线腔体1为水平放置，波导过度腔体2与波导过度腔体2之间形成夹角，天线腔体1与波导过度腔体2之间形成夹角的意义在于：具有一定角度的夹角，用于修正电磁波波束的指向，同时，适当对天线的波形进行调整，实现更好的波段匹配效果；在天线腔体1水平放置的时候，矩形波导开口垂直极化馈电，使电磁波由天线馈电波导中的导行波TE10模式，向开口出边传播边辐射，从而使天线主波束形成角度偏离。

实施例2：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化的限定，如图2所示，本实施例的一种机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，包括机体共形天线罩4，机体共形天线罩4设置在天线腔体1辐射波导开口的方向，如此设置的目的在于保证天线中产生的电磁波可以更好的辐射至机体共形天线罩4，天线腔体1中电磁波从腔体进入，向上传播至共形天线罩4，然后再辐射到自由空间，由于不同介电常数的媒质对电磁波的相互作用，使得天线电磁波辐射的能量大部分往飞机的前部机身辐射，从而使天线主波束大角度偏离口径法向。

将机体共形天线罩4远离天线腔体1辐射波导开口的一面截面为弧形，弧线设计使天线罩更加贴合与机身，避免在飞机行驶过程中因阻力过大进而发生天线罩脱落等严重后果。

实施例3：

本实施例是在上述实施例2的基础上进行优化的限定，如图3和图4所示，本实施例的一种机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，线馈电波导腔体远离波导过度腔体2的一侧形成开口，天线馈电波导腔体3的作用在于将天线的主波束朝机身前向辐射，以达到防撞或其他目标探测的作用。

天线腔体1设置在机体中部位置，波导过度腔体2设置在天线腔体1远离飞机机尾的一侧，故本实验新型完整的架设方式为天线腔体1，波导过度腔体2至天线馈电波导腔体3，从飞机机体中部逐渐朝向飞机的前身，主要目的就是在天线产生主波束后，将天线的主波束朝机身前向辐射，以达到防撞或其他目标探测的作用。

其中，将天线腔体1与机体的金属安装支架保持平行，故将天线腔体1与机体进行齐平安装，齐平安装的优势在于可以在齐平安装中加装一个屏蔽层，不仅使天线腔体1信号更加稳定，还可以避免天线腔体1的信号收到外部干扰。

实施例4：

本实施例是在实施例3的基础上进行优化限定，如图5和图6所示，本实用新型安装在飞机机腹位置后波束的方向与天线口径法相实现偏离，达到本实用新型设置的目的。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，包括天线本体和设置在天线本体上的机体共形天线罩(4)，其特征在于：所述天线本体包括天线腔体(1)、波导过度腔体(2)和天线馈电波导腔体(3)，所述天线腔体(1)和所述天线馈电波导腔体(3)之间通过波导过度腔体(2)进行连接，所述机体共形天线罩(4)与所述天线腔体(1)连接。

2.根据权利要求1所述的机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，其特征在于：所述波导过度腔体(2)截面为斜坡状，所述天线腔体(1)为水平放置，所述波导过度腔体(2)与所述波导过度腔体(2)之间形成夹角。

3.根据权利要求1或2所述的机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，其特征在于：所述天线腔体(1)包括波导腔体和辐射波导开口，所述辐射波导开口沿天线腔体(1)长度方向设置。

4.根据权利要求3所述的机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，其特征在于：所述机体共形天线罩(4)设置在天线腔体(1)辐射波导开口的方向。

5.根据权利要求4所述的机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，其特征在于：所述机体共形天线罩(4)远离所述天线腔体(1)辐射波导开口的一面截面为弧形。

6.根据权利要求1所述的机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，其特征在于：所述天线馈电波导腔体(3)远离所述波导过度腔体(2)的一侧形成开口。

7.根据权利要求1所述的机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，其特征在于：所述天线腔体(1)设置在机体中部位置，所述波导过度腔体(2)设置在所述天线腔体(1)远离飞机机尾的一侧。

8.根据权利要求1所述的机载共形齐平安装波束大角度前倾天线，其特征在于：所述天线腔体(1)与机体的金属安装支架保持平行。