CN218586330U - 基于镜像原理的共形弹载天线 - Google Patents
基于镜像原理的共形弹载天线 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：包括根据弹体前端(1)外壁形状共形设置的金属侧壁(2)，在所述金属侧壁(2)的周围贴合有多块第一介质板(3)，每一块所述第一介质板(3)的外表面上垂直设置有第二介质板(4)，在所述第二介质板(4)的上表面设置有贴片天线(5)，在所述金属侧壁(2)的下端还平行于所述第二介质板(4)设置有金属地板(6)，在所述第二介质板(4)下侧的第一介质板(3)上还对应所述贴片天线(5)设置有微带线馈线(7)。其效果是：结构简单，重量轻，与弹体前端的集成度高，同时具备宽带宽，低交叉极化，宽波束宽度等优势。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种基于镜像原理的共形弹载天线。
背景技术
弹载天线是决定弹载雷达系统性能的关键器件，为了减小雷达系统的尺寸和重量，弹载天线的设计需要实现系统化、集成化和小型化，常见形式为平面天线阵列。
平面天线阵列虽然具有较高的增益，但是它通常位于弹体前端的上方，导致雷达系统的尺寸和重量都较大。某些弹载雷达系统为了进一步提高集成度，需要位于前端侧方的共形天线，并通过金属壁与前端隔离。在这样的应用场景中，由于金属壁的严重干扰，天线方向图的控制非常不便，增加了产品设计难度。
实用新型内容
基于上述需求，本实用新型的目的在于提出一种基于镜像原理的共形弹载天线，采用了镜像原理的设计方法，微带偶极子天线的尺寸降低了一半，结构简单，重量轻，与弹体前端的集成度高，同时具备宽带宽，低交叉极化，宽波束宽度等优势。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种基于镜像原理的共形弹载天线，其关键在于：包括根据弹体前端(1)外壁形状共形设置的金属侧壁(2)，在所述金属侧壁(2)的周围贴合有多块第一介质板(3)，每一块所述第一介质板(3)的外表面上垂直设置有第二介质板(4)，在所述第二介质板(4)的上表面设置有贴片天线(5)，在所述金属侧壁(2)的下端还平行于所述第二介质板(4)设置有金属地板(6)，在所述第二介质板(4)下侧的第一介质板(3)上还对应所述贴片天线(5)设置有微带线馈线(7)。
可选地，所述金属侧壁(2)根据弹体前端(1)外壁形状围合成六边形。当然也可以根据弹体前端(2)的外壁轮廓设计成其它形状，确保共形设置。
可选地，在所述金属侧壁(2)每一条边所对应的一个面上贴合一块第一介质板(3)。
可选地，所述贴片天线(5)为梯形贴片偶极子天线，且顶端贴近所述第一介质板(3)的外表面。
可选地，所述微带线馈线(7)的特征阻抗为50欧姆。
可选地，所述金属地板(6)位于所述金属侧壁(2)的下边缘，且相互垂直。
可选地，所述金属侧壁(2)与所述金属地板(6)一体成型设计。
可选地，所述第一介质板(3)与所述第二介质板(4)均采用罗杰斯5880介质板，相对介电常数为2.2，厚度为0.787mm。
本实用新型的效果是：
本实用新型提出的基于镜像原理的共形弹载天线，通过采用镜像原理的设计的方法进行天线结构设计，微带偶极子天线的尺寸降低了一半，结构简单，重量轻，与弹体前端的集成度高，同时具有宽带宽，低交叉极化，宽波束宽度等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本实用新型具体实施例提供的天线结构俯视图；
图2为本实用新型具体实施例提供的天线结构立体图；
图3为本实用新型具体实施例提供的天线结构侧视图；
图4为本实用新型具体实施例提供的天线结构单元模块示意图；
图5为近金属壁天线尺寸减半设计原理图；
图6为基于镜像原理的偶极子天线设计原理图；
图7为本实用新型具体实施例中偶极子天线结构示意图；
图8为本实用新型具体实施例中天线反射系数仿真结果图；
图9为本实用新型具体实施例中天线隔离度仿真结果图；
图10为独立环节下的天线单元方向图(频率3.25GHz)；
图11为阵列环境下的天线单元方向图(频率3.25GHz)；
图12为本实用新型具体实施例中天线增益效果图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种基于镜像原理的共形弹载天线，包括根据弹体前端1外壁形状共形设置的金属侧壁2，本例中弹体前端1外壁形状为六边形，因此六个面的金属侧壁2围合成六边形，在金属侧壁2的周围每个面上贴合有一块第一介质板3，每一块第一介质板3的外表面上垂直设置有第二介质板4，在第二介质板4的上表面设置有贴片天线5，在金属侧壁2的下端还平行于第二介质板4设置有金属地板6，在第二介质板4下侧的第一介质板3上还对应贴片天线5设置有微带线馈线7，在本实施例中，贴片天线5为梯形贴片偶极子天线，且顶端贴近第一介质板3的外表面，微带线馈线7的特征阻抗为50欧姆，第一介质板3与第二介质板4均采用罗杰斯5880介质板，相对介电常数为2.2，厚度为0.787mm。
通过图1和图2可以看出，金属地板6位于金属侧壁2的下边缘，且相互垂直，具体实施时，金属侧壁2与金属地板6可以采用一体成型设计。
为了进一步理解本实用新型的技术效果，下面对天线的设计原理和性能效果做进一步说明：
针对本实施例所提供的共形弹载天线而言，其每个面上的天线结构可以等同于一个独立的天线单元，具体如图4所示。
针对给定尺寸的弹体前端而言，我们的目标是设计一个环绕弹体前端金属壁的共形(六边形)阵列天线，每个天线单元独立工作，天线的最大辐射方向平行于金属壁(z轴)，此外，天线还要具有较宽的带宽和较小的尺寸。结合图5可以看出，图5给出了一种近金属壁天线尺寸减半设计方法，该方法下对天线的基本要求是在最大辐射方向上天线结构完全对称且极化方向垂直于金属壁。首先，选择一个原始天线(天线1)，找到天线1的虚拟电壁，然后用真实的金属壁代替之，就能得到所要设计的天线2。天线2体积比天线1尺寸减小了一半，但辐射特性完全相同。天线1去掉的一半区域作为前端区域，由于金属壁的屏蔽作用，天线2与前端完全隔离无串扰。理论上天线2的最大方向平行于电壁，因此采用镜像原理设计的天线规避了金属壁的干扰作用，而普通天线做不到这一点。
能够用于实施该方法的天线有脊喇叭天线，Vavid天线，偶极子天线等。由于偶极子天线具有宽带宽、成本低、结构简单和易于组阵等优点，因此选择偶极子作为原始天线来设计。图6是偶极子天线原理图。设天线的中心频率处的波长是λ，天线1距地板的高度h1为四分之一个λ。天线1的端口输入阻抗是Z1，天线1的端口输入阻抗是Z2，关系是Z1＝2Z2。传输线实际采用的是微带线。天线2的结构和尺寸如图7所示，长度L等于四分之一个λ，宽度W决定天线的带宽，W越宽，带宽越宽。
根据上述设计过程，下面对单个天线单元和整体构成的天线阵列进行性能仿真，结果如图8-图12所示。
图8为天线反射系数仿真结果图，图9为天线隔离度仿真结果图，通过图8和图9可以看出，天线单元单独仿真的10dB匹配带宽为52.6％(2.38GHz～4.08GHz)。在阵列环境中，天线单元的10dB匹配带宽为68.4％(2GHz～4.08GHz)，与单元单独仿真的S11基本一致。阵列单元间的隔离度在工作频率内小于-20dB，说明单元之间的串扰比较弱。
图10为独立环境下的天线单元仿真结果，图11为阵列环境下的天线单元仿真结果，通过图10可以看出，在3.25GHz处的E面和H面的波束宽度分别为68°和114°，交叉极化高于45dB；通过图11可以看出，在3.25GHz处的E面和H面的波束宽度分别为66°和60°度，交叉极化高于46dB。
图12为天线增益效果图，可以看出，在天线的工作带宽2.38GHz～4.08GHz内，独立天线单元的最大增益为6.68dBi，所在频率是2.75GHz，此频段内所有增益大于5.65dBi。阵列边界下的天线单元的最大增益为8.65dBi，所在频率是2.75GHz，此频段内所有增益大于4dBi。
综上可以看出，本实用新型提供的基于镜像原理的共形弹载天线，有效简化了天线结构，降低天线重量，能够与弹体前端实现集成化共形设计，且满足带宽和极化要求。
最后需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围，这样的变换均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：包括根据弹体前端(1)外壁形状共形设置的金属侧壁(2)，在所述金属侧壁(2)的周围贴合有多块第一介质板(3)，每一块所述第一介质板(3)的外表面上垂直设置有第二介质板(4)，在所述第二介质板(4)的上表面设置有贴片天线(5)，在所述金属侧壁(2)的下端还平行于所述第二介质板(4)设置有金属地板(6)，在所述第二介质板(4)下侧的第一介质板(3)上还对应所述贴片天线(5)设置有微带线馈线(7)。
2.根据权利要求1所述的基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：所述金属侧壁(2)根据弹体前端(1)外壁形状围合成六边形。
3.根据权利要求2所述的基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：在所述金属侧壁(2)每一条边所对应的一个面上贴合一块第一介质板(3)。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：所述贴片天线(5)为梯形贴片偶极子天线，且顶端贴近所述第一介质板(3)的外表面。
5.根据权利要求4所述的基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：所述微带线馈线(7)的特征阻抗为50欧姆。
6.根据权利要求1所述的基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：所述金属地板(6)位于所述金属侧壁(2)的下边缘，且相互垂直。
7.根据权利要求6所述的基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：所述金属侧壁(2)与所述金属地板(6)一体成型设计。
8.根据权利要求1所述的基于镜像原理的共形弹载天线，其特征在于：所述第一介质板(3)与所述第二介质板(4)均采用罗杰斯5880介质板，相对介电常数为2.2，厚度为0.787mm。
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Family Applications (1)
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2022
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