CN211480287U - 天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线，包括：支撑体，呈中空圆锥形结构；辐射体，包括多个螺旋臂，多个螺旋臂均呈螺旋状等距离均匀分布于支撑体的外侧表面，每一个螺旋臂的第一端延伸至支撑体的顶部，每一个螺旋臂的第二端延伸至支撑体的底部以形成多个馈电端；馈电网络，分布于支撑体的外侧表面，用于通过多个功分器将馈电信号分为等功率的多路子馈电信号并且将多路子馈电信号分别提供给多个螺旋臂的多个馈电端，每两路相邻的子馈电信号的相位正交；接地板，用于为馈电网络提供电磁屏蔽。本实用新型减小了天线对导弹等飞行器的气动特性的影响，提高了搭载在导弹等飞行器的天线的通信质量和可靠性。

Description

天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，更具体地，涉及一种天线。

背景技术

弹载天线是一种安装在导弹等飞行器上的定位天线，由于天线需要较高的圆极化特性才能提供良好的信号探测能力，因此传统的弹载天线体积较大。但弹载天线的体积过大会对导弹等飞行器的运动能力造成较大影响，因此降低弹载天线的体积并合理设计弹载天线的形状使其与导弹等飞行器共形成为改善导弹等飞行器运动性能的重要方法。

目前，弹载共形天线通常是在弹体轴向上共形添加多个阵列天线以保证其在受控范围内任何位姿下都能可靠通信，弹体轴向上须有多个共形天线，这一方面增大了导弹等飞行器的重量，影响导弹等飞行器的气动特性，另一方面弹体机动易造成弹载共形天线与弹体的相对位置移动，影响弹载共形天线的通信质量和可靠性。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种天线，解决了弹载共形天线增大导弹等飞行器的重量进而影响导弹等飞行器的气动特性，以及弹体机动易造成弹载共形天线与弹体的相对位置移动，影响弹载共形天线的通信质量和可靠性的问题。

根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种天线，包括：

支撑体，呈中空圆锥形结构，所述中空圆锥形结构的表面用于承载辐射体、馈电网络和接地板；

所述辐射体，包括多个螺旋臂，所述多个螺旋臂均呈螺旋状等距离均匀分布于所述支撑体的外侧表面，每一个所述螺旋臂的第一端延伸至所述支撑体的顶部，每一个所述螺旋臂的第二端延伸至所述支撑体的底部以形成多个馈电端；

所述馈电网络，分布于所述支撑体的所述外侧表面，包括多个功分器，用于通过所述多个功分器将馈电信号分为等功率的多路子馈电信号并且将所述多路子馈电信号分别提供给所述多个螺旋臂的多个所述馈电端，每两路相邻的所述子馈电信号的相位正交；

所述接地板，分布于所述支撑体的内侧表面，与所述馈电网络相对设置，用于为所述馈电网络提供电磁屏蔽。

可选地，所述多个螺旋臂包括：第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂和第四螺旋臂，四个螺旋臂的第一端均相互靠近且相互之间呈开路状态。

可选地，所述四个螺旋臂的第二端均设置在所述支撑体的底部的同一个圆周上，且每两个相邻的所述螺旋臂的第二端之间的距离相等。

可选地，所述多个功分器包括：第一功分器、第二功分器和第三功分器，所述第一功分器、所述第二功分器和所述第三功分器为一分二等功分器，所述第一功分器的输入端用于输入所述馈电信号，所述第一功分器的输出端分别连接所述第二功分器的输入端和所述第三功分器的输入端。

可选地，所述第二功分器的输出端分别连接所述第一螺旋臂的所述馈电端和所述第二螺旋臂的所述馈电端，所述第三功分器的输出端分别连接所述第三螺旋臂的所述馈电端和所述第四螺旋臂的所述馈电端。

可选地，所述第一功分器和所述第二功分器之间的传输线所传输信号的相位与所述第一功分器和所述第三功分器之间的传输线所传输信号的相位正交。

可选地，所述第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂和第四螺旋臂由上至下顺时针旋转3/4周或者由下至上逆时针旋转3/4周，

所述第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂和第四螺旋臂的长度均为所述天线工作的中心频点对应的波长的1/4倍。

可选地，所述支撑体的高度范围为所述波长1/2倍至1倍。

可选地，所述支撑体的所述中空圆锥形结构的最大直径的范围为所述波长的1倍至3/2倍。

可选地，所述支撑体由柔性介质板绕制而成，所述柔性介质板表面的柔性导电铜箔经过刻蚀后形成所述多个螺旋臂、所述馈电网络和所述接地板。

根据本实用新型实施例提供的天线，支撑体是由柔性介质板绕制而成的中空圆锥形结构，四个螺旋臂呈螺旋状等距离均匀分布于支撑体的外侧表面，馈电网络分布于支撑体的外侧表面，通过三个功分器将馈电信号分为等功率的四路子馈电信号并且将该四路子馈电信号分别提供给四个螺旋臂的四个馈电端，其中每两路相邻的子馈电信号的相位正交。接地板分布于支撑体的内侧表面且与馈电网络相对设置，为馈电网络提供电磁屏蔽。辐射体与馈电网络一体化设计，支撑体的中空圆锥形结构的内部形状结构与天线所搭载的导弹等飞行器的弹头共形，无需额外添加多个阵列天线，降低了导弹等飞行器的额外增加重量，减小了天线对导弹等飞行器的气动特性的影响。支撑体的中空圆锥形结构与天线所搭载的导弹等飞行器的弹头完全贴合，接触面积较大，天线与弹头的相对位置固定，提高了搭载在导弹等飞行器的天线的通信质量和可靠性。

另外，天线具有较宽的工作带宽、良好的低俯仰角特性和辐射特性，天线与其所搭载的导弹等飞行器的弹头共形，由于弹体机动天线和其所搭载的导弹等飞行器处于运动过程中时，天线在任何位姿下都能全方位高质量通信，提高了天线所搭载的导弹等飞行器的通信质量和可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的特征和优点将更为清楚。

图1示出了本实用新型实施例的天线的立体结构示意图。

图2示出了本实用新型实施例的天线的纵向截面示意图。

图3示出了本实用新型实施例的天线的辐射体和馈电网络的俯视结构示意图。

图4示出了本实用新型实施例的天线的低频频点的方位面垂直极化增益方向图的仿真图。

图5示出了本实用新型实施例的天线的中频频点的方位面垂直极化增益方向图的仿真图。

图6示出了本实用新型实施例的天线的高频频点的方位面垂直极化增益方向图的仿真图。

图7示出了本实用新型实施例的天线的天线轴比仿真图。

图8示出了本实用新型实施例的天线的电压驻波比仿真图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例设置。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

图1示出了本实用新型实施例的天线的立体结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例的天线包括：支撑体110、辐射体120、馈电网络130和接地板140。

支撑体110，是呈中空圆锥形结构，中空圆锥形结构的侧表面用于承载辐射体120、馈电网络130和接地板140。

辐射体120，包括四个螺旋臂，即第一螺旋臂121、第二螺旋臂122、第三螺旋臂123和第四螺旋臂124。四个螺旋臂均呈螺旋状等距离均匀分布于支撑体110的外侧表面。每一个螺旋臂的第一端延伸至支撑体110的顶部，每一个螺旋臂的第二端延伸至支撑体110的底部以形成多个馈电端(未示出)。

馈电网络130，分布于支撑体110的外侧表面，包括三个功分器，即第一功分器131、第二功分器132和第三功分器133。馈电网络130中，第一功分器131、第二功分器132和第三功分器133通过传输线连接。馈电网络130用于通过三个功分器将馈电信号分为等功率的四路子馈电信号并且将该四路子馈电信号分别提供给四个螺旋臂的四个馈电端，其中每两路相邻的子馈电信号的相位正交。

接地板140，分布于支撑体110的内侧表面，与馈电网络130相对设置，用于为馈电网络130提供电磁屏蔽。

图2示出了本实用新型实施例的天线的纵向截面示意图。具体的，图2示出了沿支撑体110的顶部至底部方向的天线的截面图。

如图2所示，支撑体110是由柔性介质板绕制而成的中空圆锥形结构，中空圆锥形结构具有侧表面，中空圆锥形结构的顶部和底部开口。支撑体110的高度为H，1/2λ≤H≤λ。支撑体110的中空圆锥形结构的最大直径为D，λ≤D≤3/2λ。其中，λ为天线工作的中心频点对应的波长。该中空圆锥形结构的内部形状结构与天线所搭载的导弹等飞行器的弹头共形。

辐射体120中四个螺旋臂和馈电网络130位于支撑体110的中空圆锥形结构的柔性介质板的外侧表面。辐射体120中四个螺旋臂位于柔性介质板的外侧表面的上部分，馈电网络130位于柔性介质板的外侧表面的下部分。接地板140，为具有侧表面的中空的圆台形结构，圆台形结构的上表面和下表面开口，接地板140分布于柔性介质板的内侧表面且与馈电网络130位于柔性介质板的不同侧表面。接地板140与馈电网络130相对设置。可以理解的是，辐射体120、馈电网络130和接地板140在支撑体110的侧表面的位置还可以为其他布置，辐射体120、馈电网络130和接地板140在支撑体110侧表面的布置方式不应对本实用新型实施例构成任何限制。

图3示出了本实用新型实施例的天线的辐射体和馈电网络的俯视结构示意图。

如图3所示，辐射体120的第一螺旋臂121、第二螺旋臂122、第三螺旋臂123和第四螺旋臂124的第一端延伸至支撑体110的顶部，四个螺旋臂的第一端均相互靠近且相互之间呈开路状态。辐射体120的第一螺旋臂121、第二螺旋臂122、第三螺旋臂123和第四螺旋臂124的第二端即馈电端均设置在支撑体110的底部的同一个圆周上，每两个相邻的螺旋臂的馈电端之间的距离相等。第一螺旋臂121、第二螺旋臂122、第三螺旋臂123和第四螺旋臂124由上至下顺时针旋转3/4周，使得天线具有左旋圆极化辐射特性。可以理解的是，第一螺旋臂121、第二螺旋臂122、第三螺旋臂123和第四螺旋臂124还可以为由下至上逆时针旋转3/4周，使得天线具有右旋圆极化辐射特性。第一螺旋臂121、第二螺旋臂122、第三螺旋臂123和第四螺旋臂124的长度相等，第一螺旋臂121、第二螺旋臂122、第三螺旋臂123和第四螺旋臂124的长度均为1/4λ，其中，λ为天线工作的中心频点对应的波长。

馈电网络130的第一功分器131、第二功分器132和第三功分器133为一分二等功分器。第一功分器131、第二功分器132和第三功分器133分别与其连接的传输线阻抗匹配。第一功分器131的输入端134用于输入馈电信号，第一功分器131的输出端分别连接第二功分器132的输入端和第三功分器133的输入端。第二功分器132的输出端通过传输线连接形成馈电网络130的第一输出端口135和第二输出端口136，第一输出端口135和第二输出端口136分别连接第一螺旋臂121的馈电端和第二螺旋臂122的馈电端。第三功分器133的输出端通过传输线连接形成馈电网络130的第三输出端口137和第四输出端口138，第三输出端口137和第四输出端口138分别连接第三螺旋臂123的馈电端和第四螺旋臂124的馈电端。

第一功分器131和第二功分器132之间的传输线所传输信号的相位与第一功分器131和第三功分器133之间的传输线所传输信号的相位正交。馈电网络130的第一输出端口135、第二输出端口136、第三输出端口137和第四输出端口138的输出相位分别为φ1、φ2、φ3和φ4，φ1-φ2＝90°，φ2-φ3＝90°，φ3-φ4＝90°。馈电网络130的第一输出端口135、第二输出端口136、第三输出端口137和第四输出端口138的每两个相邻的输出端口的距离相等。

在一些实施例中，第一功分器131的输出端和第三功分器133的输入端之间的传输线的长度为第一长度，第一功分器131的输出端和第二功分器132的输入端之间的传输线的长度为第二长度，第一长度减去第二长度为1/2λ，其中，λ为天线工作的中心频点对应的波长。

在一些实施例中，第二功分器132的输出端至第二输出端口136的传输线长度减去第二功分器132的输出端至第一输出端口135的传输线长度为1/4λ。第三功分器133的输出端至第四输出端口138的传输线长度减去第三功分器133的输出端至第三输出端口137的传输线长度为1/4λ。其中，λ为天线工作的中心频点对应的波长。

在一些实施例中，支撑体110由柔性介质板绕制而成，中空圆锥形结构的柔性介质板表面的柔性导电铜箔经过刻蚀后形成第一螺旋臂121、第二螺旋臂122、第三螺旋臂123和第四螺旋臂124、馈电网络130和接地板140。

在一些实施例中，柔性导电铜箔的厚度包括：30mil。

在一些实施例中，支撑体110的柔性介质板的板材包括：taconic TLY-5柔性板材。柔性介质板的厚度包括0.13mm，介电常数包括：2.2。

在一些实施例中，第一功分器131、第二功分器132和第三功分器133包括：威尔金森等功分器。

根据本实用新型实施例提供的天线，支撑体是由柔性介质板绕制而成的中空圆锥形结构，四个螺旋臂呈螺旋状等距离均匀分布于支撑体的外侧表面，馈电网络分布于支撑体的外侧表面，通过三个功分器将馈电信号分为等功率的四路子馈电信号并且将该四路子馈电信号分别提供给四个螺旋臂的四个馈电端，其中每两路相邻的子馈电信号的相位正交。接地板分布于支撑体的内侧表面且与馈电网络相对设置，为馈电网络提供电磁屏蔽。辐射体与馈电网络一体化设计，支撑体的中空圆锥形结构的内部形状结构与天线所搭载的导弹等飞行器的弹头共形，无需额外添加多个阵列天线，降低了导弹等飞行器的额外增加重量，减小了天线对导弹等飞行器的气动特性的影响。支撑体的中空圆锥形结构与天线所搭载的导弹等飞行器的弹头完全贴合，接触面积较大，天线与弹头的相对位置固定，提高了搭载在导弹等飞行器的天线的通信质量和可靠性。

图4示出了本实用新型实施例的天线的低频频点的方位面垂直极化增益方向图的仿真图。图5示出了本实用新型实施例的天线的中频频点的方位面垂直极化增益方向图的仿真图。图6示出了本实用新型实施例的天线的高频频点的方位面垂直极化增益方向图的仿真图。图4-图6分别为低频、中频、高频三个频点的0°和90°两个方位面的俯仰面垂直极化增益方向图的仿真结果。

如图4所示，横轴为方位面的-180°至180°俯仰角坐标，单位为角度(deg)，纵轴为方位面的俯仰角度对应的天线增益，单位为dB，图中两条曲线分别表示0°和90°两个方位面的俯仰角度与天线增益的关系曲线。2.204GHz频点在-80°、-70°、-60°、60°、70°、80°俯仰角处的增益分别为-2.0397dB、-0.2279dB、1.6787dB、1.092dB、0.2904dB和-1.7679dB。2.204GHz频点在80°俯仰角处的增益大于-2.8dB。

如图5所示，横轴为方位面的-180°至180°俯仰角坐标，单位为角度(deg)，纵轴为方位面的俯仰角度对应的天线增益，单位为dB，图中两条曲线分别表示0°和90°两个方位面的俯仰角度与天线增益的关系曲线。2.234GHz频点在-80°、-70°、-60°、60°、70°、80°俯仰角处的增益分别为-2.1308dB、-0.241dB、1.6937dB、1.05dB、0.2883dB和-1.8167dB。2.234GHz频点在80°俯仰角处的增益大于-2.8dB。

如图6所示，横轴为方位面的-180°至180°俯仰角坐标，单位为角度(deg)，纵轴为方位面的俯仰角度对应的天线增益，单位为dB，图中两条曲线分别表示0°和90°两个方位面的俯仰角度与天线增益的关系曲线。2.424GHz频点在-80°、-70°、-60°、60°、70°、80°俯仰角处的增益分别为-2.749dB、-0.5284dB、0.6728dB、1.1094dB、-0.4963dB和-2.6673dB。2.234GHz频点在80°俯仰角处的增益大于-2.8dB。2.204GHz、2.234GHz和2.424GHz三个频点在80°俯仰角处的最小增益大于-2.8dB，可见，本实用新型实施例中的天线在低频、中频、高频三个频点具有的良好的垂直极化增益方向图，具有较宽的带宽。

图7示出了本实用新型实施例的天线的天线轴比仿真图。横轴为方位面的-180°至180°俯仰角坐标，单位为角度(deg)，纵轴表示天线轴比。天线轴比越小，天线极化特性越好。如图7所示，2.204GHz、2.234GHz和2.424GHz三个频点的0°和90°两个方位面在0°俯仰角处的天线轴比小于3，可见，本实用新型实施例中的天线具有良好的圆极化轴比特性和良好的低俯仰角特性。

图8示出了本实用新型实施例的天线的电压驻波比仿真图。横轴为天线的工作频率，单位为GHz，纵轴表示的电压驻波比。电压驻波比越小、越接近于1，天线的辐射特性越好。在2.204GHz至2.424GHz频率范围内，天线的电压驻波小于1.18，可见，本实用新型实施例中的天线具有良好的电压驻波比特性，具有良好的辐射特性。

根据本实用新型实施例提供的天线，天线具有较宽的工作带宽、良好的低俯仰角特性和辐射特性，天线与其所搭载的导弹等飞行器的弹头共形，由于弹体机动天线和其所搭载的导弹等飞行器处于运动过程中时，天线在任何位姿下都能全方位高质量通信，提高了天线所搭载的导弹等飞行器的通信质量和可靠性。

应当说明的是，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。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用已限制本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，再不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰等，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括：

支撑体，呈中空圆锥形结构，所述中空圆锥形结构的表面用于承载辐射体、馈电网络和接地板；

所述辐射体，包括多个螺旋臂，所述多个螺旋臂均呈螺旋状等距离均匀分布于所述支撑体的外侧表面，每一个所述螺旋臂的第一端延伸至所述支撑体的顶部，每一个所述螺旋臂的第二端延伸至所述支撑体的底部以形成馈电端；

所述馈电网络，分布于所述支撑体的所述外侧表面，包括多个功分器，用于通过所述多个功分器将馈电信号分为等功率的多路子馈电信号并且将所述多路子馈电信号分别提供给所述多个螺旋臂的多个所述馈电端，每两路相邻的所述子馈电信号的相位正交；

所述接地板，分布于所述支撑体的内侧表面，与所述馈电网络相对设置，用于为所述馈电网络提供电磁屏蔽。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述多个螺旋臂包括：第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂和第四螺旋臂，四个螺旋臂的第一端均相互靠近且相互之间呈开路状态。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述四个螺旋臂的第二端均设置在所述支撑体的底部的同一个圆周上，且每两个相邻的所述螺旋臂的第二端之间的距离相等。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述多个功分器包括：第一功分器、第二功分器和第三功分器，所述第一功分器、所述第二功分器和所述第三功分器均为一分二等功分器，所述第一功分器的输入端用于输入所述馈电信号，所述第一功分器的输出端分别连接所述第二功分器的输入端和所述第三功分器的输入端。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第二功分器的输出端分别连接所述第一螺旋臂的馈电端和所述第二螺旋臂的馈电端，所述第三功分器的输出端分别连接所述第三螺旋臂的馈电端和所述第四螺旋臂的馈电端。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第一功分器和所述第二功分器之间的传输线所传输信号的相位与所述第一功分器和所述第三功分器之间的传输线所传输信号的相位正交。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂和第四螺旋臂由上至下顺时针旋转3/4周或者由下至上逆时针旋转3/4周，

所述第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂和第四螺旋臂的长度均为所述天线工作的中心频点对应的波长的1/4倍。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述支撑体的高度范围为所述波长的1/2倍至1倍。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述支撑体的所述中空圆锥形结构的最大直径的范围为所述波长的1倍至3/2倍。

10.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述支撑体由柔性介质板绕制而成，所述柔性介质板表面的柔性导电铜箔经过刻蚀后形成所述多个螺旋臂、所述馈电网络和所述接地板。

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