[發明專利]一種結構嵌入式X、Ka波段寬波束熱天饋系統

在審

• 申請號: 202310176484.4
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116345190A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 陶佳藝;楊志濤;趙永久;鄧宏偉;蘇漢生;任亮
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01Q21/28
• 分類號: H01Q21/28;H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/42;H01Q1/52;H01Q1/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種結構嵌入式X、Ka波段寬波束熱天饋系統，包括：Ka波段的第一天線和X波段的第二天線，第一天線包括相連接的錐形漸變氧化鋁陶瓷介質棒和介質填充矩形波導傳輸線，第二天線包括相連接的雙面印刷偶極子、轉化器和基片集成波導傳輸線，第二天線的基片集成波導傳輸線頂部金屬和第一天線的介質填充矩形波導傳輸線底部金屬共用同一金屬面。本發明將兩種頻段跨度大的天線置于同一天線窗下中心位置，在狹小安裝環境中，其能共同工作電性能互不影響，同時將防隔熱天線罩同天線進行一體化設計，使得兩個天線能夠在1000℃以上的高溫條件下長時間正常工作且電性能滿足要求。通過電磁、熱多物理場仿真模擬，電性能和熱性能均得到良好效果。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，尤其是一種X、Ka波段寬波束熱天饋系統。

背景技術

由于應用于飛行器的熱天饋技術的研究不僅需要電磁場與天線方面的理論知識，同時還涉及材料、熱力學等領域的相關學科知識，目前關于高速飛行器熱天饋的專利和文獻內容缺乏。

飛行器表面復雜具有極端的環境因素，熱天饋系統需要耐高溫、耐腐蝕以及力學性能良好的天線罩，這就使得天線罩變得更加厚重以應對復雜的極端環境，從而電磁波的有效輻射面臨很大的挑戰。這一現象在高頻段電磁波部分尤為突出，周圍較厚的天線罩以及復雜的安裝環境使得“喇叭效應”變得更加嚴重，其頻段愈高，天線的匹配性能和方向圖賦形惡化愈加嚴重，難以實現飛行器所需求的寬波束覆蓋的方向圖需求。

由于安裝空間、惡劣的高溫工作環境所限，傳統的金屬天線如八木天線、對數周期天線以及其他的低剖面駐波天線等都很難滿足要求。一方面傳統金屬天線的尺寸很難容納在非常狹小的空間內，其重量也不滿足要求。常規的金屬材料所構成的天線也難以承受上述的高溫。另一方面低剖面的駐波天線會因為四周防熱、隔熱層以及鍍金層的覆蓋極大的影響其電性能。

文獻《彈載耐高溫斜波束天線優化設計研究》采用隔熱層內貼片空饋的方式進行發射接收電磁波，一定程度上實現了能量的傳輸并且減小了熱量的傳導。然而隔熱材料通常力學性能較差，加工精度較低，文獻的加工方式需要將隔熱層分割成多塊，這將增加實際加工制造難度，并且當設計的頻段在高頻時候，需要更多的寄生貼片輻射能能量，這將降低天線總的輻射效率，并且很難在飛行器狹小的安裝空間實現多頻段。除此之外，在熱性能方面，金屬的熱傳導將比陶瓷介質更加惡劣，更多的寄生貼片將惡化熱性能。

采用方向圖賦性較好的立體式氧化鋁陶瓷介質棒天線，并將天線本體嵌入到高速飛行器天線罩的隔熱層中，將防隔熱天線罩作為輻射的一部分進行一體化設計，從而更好地實現寬波束的方向圖賦形要求，是解決上述問題的一種有效途徑。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種結構嵌入式X、Ka波段寬波束熱天饋系統，能夠使得X、Ka波段天線結構緊湊，在有限的小空間實現了寬波束覆蓋，并實現兩個天線的高隔離度。

發明內容：本發明提供一種結構嵌入式X、Ka波段的寬波束熱天饋系統，包括：

Ka波段的第一天線和X波段的第二天線，第一天線包括相連接的錐形漸變氧化鋁陶瓷介質棒和介質填充矩形波導傳輸線，第二天線包括相連接的雙面印刷偶極子、轉化器和基片集成波導傳輸線，第二天線的基片集成波導傳輸線頂部金屬和第一天線的介質填充矩形波導傳輸線底部金屬共用同一金屬面。

優選的，第一天線還包括同軸探針，同軸探針的內導體部分嵌入介質填充矩形波導傳輸線，錐形漸變氧化鋁陶瓷介質棒下部分嵌入介質填充矩形波導傳輸線；

第二天線還包括微帶傳輸線，轉化器為梯形雙面平行帶狀線，其中，微帶傳輸線、基片集成波導傳輸線、梯形雙面平行帶狀線、雙面印刷偶極子依次連接。

優選的，所述錐形漸變氧化鋁陶瓷介質棒包括自下而上依次連接的匹配段、過渡段和輻射段，匹配段和輻射段均為線性過渡結構。

優選的，所述匹配段插入介質填充矩形波導傳輸線內部。