[發明專利]嵌入式端射陣元和天線

有效

• 申請號: 201910015612.0
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109860984B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 王平;陳秋作
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q13/02;H01Q1/28;H01P3/12;H01P3/123
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了嵌入式端射陣元和天線，本發明在提高天線的帶寬方面，使用了三種技術：(1)采用梯形波導腔，實現在極寬的頻帶內僅出現純的TE10模式；(2)輻射貼片末端形成光滑加載的延伸部B，如橢圓結構，但不僅限于橢圓，降低了末端電流反射，改善了阻抗匹配；(3)采用指數弧面或線性斜面的脊形成具有脊的H面喇叭形波導結構，可控制TE10模式在極寬的頻帶范圍內能工作。為了提高天線的增益，選用低成本、低介電常數的特氟龍材料作為楔形介質棱鏡，材料的介電常數為2.2，厚度最大8毫米，底表面為從8毫米變化到0毫米的任意曲線形式，而表面與金屬載體表面齊平。實現TE波向漏波輻射轉換，提高天線的輻射增益。

技術領域

本發明涉及端射天線領域，具體涉及嵌入式端射陣元和天線。

背景技術

端射天線是指主波束方向與天線結構排列或延伸末端方向一致的天線，由于其具有方向性強、增益高等特點，在飛機、導彈、無人機等高速移動載體平臺上的應用得到了廣泛地發展。然而，由于彈體空氣動力學特性和隱身性能的需求，通常要求天線能低剖面與載體平臺嵌入式共形。近年來，基于高速載體平臺的寬帶、小型的端射天線/天線陣已獲得了大量的研究。結構基本有三種類型：(1)介質表面波天線。該天線通過采用高介電常數的陶瓷材料制備而成，天線特性嚴重依賴陶瓷材料各部分介質厚度，一旦陶瓷材料加工產生誤差就會引起輻射場和匹配特性惡化。另外，其頻帶通常限制在3:1的帶寬內，這是由于介質厚度的增加會激勵起TM高階模，惡化了天線的輻射場。(2)單極對數周期天線陣。雖已有相關資料報道了2-18GHz頻率覆蓋，剖面尺寸約為8毫米，但是該天線尺寸較大，結構復雜。加工和組裝時，高頻振子的高度難于控制，誤差會惡化饋電網絡的特征阻抗，難以在實際環境中廣泛應用。(3)H面波導喇叭天線。該天線結構簡單，易于加工，輻射場和阻抗匹配受加工誤差較小，但已出版的文獻只能實現小于3:1的帶寬，增益也偏小。

研究寬帶低剖面共形端射天線陣在高速飛行器載體平臺上的應用至少會獲得四點優勢：

1、低剖面端射結構：可以降低飛行器載體的整體雷達散射特性，提高隱身效果。也會降低天線占用的容積，為其他設備的使用提供了更多空間。

2、端射輻射波束，能增加天線的孔徑，有效提高天線的孔徑效率。

3、能實現大方位的波束可控特性。

4、隨著飛行器系統的工作任務日益增多以及應用環境的日趨復雜，需要電子系統具有多目標分辨、目標分類/識別/屬性判別、抗電磁干擾、低截獲率、電子支援、電子對抗、通信等功能。設計研制一款具有超100％阻抗帶寬的寬帶低剖面端射天線/天線陣，將其低剖面貼合在飛行器金屬載體表面，勢必是一種行之有效的方法，能大量減少飛行器上的天線數量，也降低了額外的重量。

另外，已有資料調研表明：所有的論文和專利都未考慮嵌入載體平臺的布局，因而這些天線勢必會破壞彈體表面的空氣動力學特性和降低彈體的隱身性能，也會影響天線的輻射場。因此，結合以上五點要求和彈體電磁環境，研究一種高增益、超寬帶、低剖面、嵌入式的端射陣列天線具有重要科學意義和工程實用價值。

發明內容

目前，已公開發表的端射天線，要么結構復雜，成本較高，誤差影響較大，難于實現大規模應用，要么帶寬和增益不足，限制了其應用范圍。同時，沒考慮嵌入式低剖面共形，影響彈體空氣動力學特性和隱身性，缺乏實用性。

本發明屬于天線工程技術領域，目的在于提供嵌入式端射陣元和天線，涉及的是一種高增益、超寬帶、低剖面、嵌入式端射陣列天線，具體說是一種利用楔形介質棱鏡、加脊波導和H面喇叭天線組合而成的天線，并經過均勻旋轉組陣，實現高增益、嵌入式端射性能的陣列天線，具有超寬帶、低剖面、端射波束的特點。該天線陣元可在導彈、無人機、飛機和衛星等高速移動飛行器載體平臺上共形，靈活應用于測向、遠距離通信、雷達探測、電子對抗等領域。

本發明的具體技術方案為：