一種水平面掃描共形陣列天線的制作方法

本發明屬于陣列天線技術領域，涉及一種水平面掃描共形陣列天線，具體為一種能夠實現水平面掃描，且能夠與無人機、導彈等高速運動載體表面結構共形的陣列天線。

背景技術：

目前民用飛機(尤是無人機)領域及軍用導彈領域均提出了協同組網需求。無人機協同組網是指多無人機間的通信不完全依賴于地面控制站或衛星等基礎通信設施，而是將無人機作為網絡節點，各節點間能夠相互轉發指控指令，交換感知態勢、健康情況等數據，自動連接建立起一個無線移動網絡，多無人機系統協同應用比單個無人機系統具備可生存性更強、可擴展性更高、完成任務更快等優勢，是對現有無人機通信體系的補充和完善，具有重要的理論研究和實踐應用價值；導彈武器協同作戰是利用協同數據鏈系統在導彈與導彈之間建立有機聯系，將傳感器、武器系統通過網絡化有機地聯系在一起，以實現信息共享，從而從整體上產生高效的協調，大大提高作戰效能，支撐飛航武器協同偵察、協同控制、協同打擊、在線遠程指控、打擊效果評估等多任務，對導彈武器系統的作戰效能的提升將起到巨大作用。

無論是無人機還是導彈的協同組網，均需要使用水平面有能量輻射的天線系統，即使用垂直極化全向單天線或者陣列天線。應用于無人機或者彈載平臺上的垂直極化全向單天線，一般多采用偶極子、單極子(如鞭狀天線)或者刀型天線，這些天線類型雖然結構簡單、電氣性能穩定，但由于受到天線形式的限制，使得天線與彈載平臺裝配時，必須伸出平臺表面突出到氣流當中，不但增加了彈體的氣動阻力、破壞了平臺的氣動特性，也容易發生物理損壞，而且這些類型的單天線增益較低，嚴重降低了載體之間的通信距離；應用于無人機或者彈載平臺上的傳統定向陣列天線，如果想要實現水平面全空域覆蓋，需要使用四面陣列，這將極大提高成本，而且無人機或者導彈載體上可用安裝位置非常有限，很難預留出4面陣列天線的位置。

考慮到上述情況，有必要為無人機、導彈等高速運動載體應用開發一種共形陣列天線系統，使其能夠實現水平面高增益掃描，提供比現有的天線設計更理想的氣動特性和電氣指標特性，從而滿足通信系統協同組網的需求。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種水平面掃描共形陣列天線，使其解決應用于無人機或者彈載平臺上的垂直極化全向單天線，普遍采用偶極子、單極子或者刀型天線，占空間體積大，安裝不便，容易發生物理損壞，影響載體的安全性，破壞載體的氣動特性以及增益較低等問題；使其解決應用于無人機或者彈載平臺上的傳統多面定向陣列天線，占用體積空間大、成本高昂等問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種水平面掃描共形陣列天線，其包括：安裝底盤4和以安裝底盤4中心為圓心的同心圓上均勻分布的多個天線單元1，每個天線單元1連接一根同軸饋電電纜2，天線罩3下表面安裝在安裝底盤3上、相位控制電掃裝置5通過同軸饋電電纜2與天線單元1相連，控制各個天線單1元的相位來實現各個方向的波束掃描。

其中，所述天線單元1為嵌入盤錐形全向垂直極化天線，包括天線本體，天線本體連接同軸饋電電纜2的內芯，天線本體嵌入到金屬柱形腔體13內部；金屬柱形腔體底部是一個金屬平面反射面14，平面反射面14上面直接連接一個中空的金屬圓錐振子12，同軸饋電電纜2的外皮與平面反射面14相連接，從而使得整個天線成為一個整體；同軸饋電電纜2的同軸接頭輸出的能量從饋電端饋入，進而激起天線表面電流，從而產生輻射。

其中，所述天線本體輻射體為金屬圓盤11。

其中，所述金屬圓盤11與同軸饋電電纜2的內芯通過焊接相連。

其中，所述天線單元1設置有8個。

其中，所述同軸饋電電纜2為硬同軸電纜。

其中，所述安裝底盤3為鋁制金屬結構，它將天線單元1和相應同軸饋電電纜2按照設定的陣列分布方式排布，并固連在一起。

其中，所述天線罩4上表面與無人機或導彈載體蒙皮曲面弧度一致，下表面通過安裝螺釘6安裝在安裝底盤3上。

其中，所述天線罩4由聚酰亞胺材料制成。

其中，所述相位控制電掃裝置5采用常規相控陣有源或無源控制系統。

(三)有益效果

上述技術方案所提供的水平面掃描共形陣列天線，用于發射和接收垂直極化電磁波，其結構簡單，能夠完全與無人機或導彈平臺共形，隱藏于在載體蒙皮下，保持載體良好的氣動特性及電氣指標，而且天線的輻射場可在水平面360度范圍內均勻高增益掃描，可以滿足無人機或導彈通信系統協同組網的需求。

附圖說明

圖1是本發明天線側視圖

圖2是本發明天線去掉天線罩的俯視圖

圖3是本發明天線的駐波比

圖4是本發明天線的水平面輻射方向圖

圖5是本發明天線與無人機共形安裝的示意圖

圖6是本發明天線與導彈共形安裝的結構示意圖

圖7為嵌入盤錐形全向垂直極化天線整體結構示意圖

圖8為嵌入盤錐形全向垂直極化天線剖面圖。

圖中：1.天線單元，2.同軸饋電電纜，3.安裝底盤，4.天線罩5.相位控制電掃裝置，6.安裝螺釘，7.無人機，8.導彈，11.金屬圓盤，12.金屬圓錐振子，13.金屬柱形腔體，14.平面反射面，15.同軸電纜。

具體實施方式

為使本發明的目的、內容、和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。

參見圖1、圖2所示，本發明是一種能夠與安裝載體表面結構共形的水平面掃描共形陣列天線，包括安裝底盤4和以安裝底盤4中心為圓心的同心圓上均勻分布的多個天線單元1，每個天線單元1連接一根同軸饋電電纜2，天線罩3下表面通過安裝螺釘6安裝在安裝底盤3上、相位控制電掃裝置5通過同軸饋電電纜2與天線單元1相連，控制各個天線單1元的相位來實現各個方向的波束掃描。

本實施例優選設置8個天線單元1。

天線單元1為嵌入盤錐形全向垂直極化天線，本身為嵌入式結構，可發射垂直極化波，并能實現水平面360°全向輻射。天線單元1的結構如圖7和圖8所示，天線單元1由天線本體及插入天線結構中的同軸饋電電纜共同構成。天線本體輻射體是一個金屬圓盤11，它與同軸電纜15的內芯通過焊接相連，嵌入到一個金屬柱形腔體13內部；金屬柱形腔體底部是一個金屬平面反射面14，上面直接連接一個中空的金屬圓錐振子12，同軸電纜15的外皮與金屬反射面相連接，從而使得整個天線成為一個整體；同軸接頭輸出的能量從饋電端饋入，進而激起天線表面電流，從而產生輻射。

同軸電纜15可以和同軸饋電電纜2為同一根電纜。

同軸饋電電纜2為市售產品，選用的是陜西華達科技有限公司生產的半鋼3#電纜SFT-50-3-1，其直接安裝在天線單元1上。同軸饋電電纜2為硬同軸電纜，同軸接頭輸出的能量從饋電端饋入，進而激起天線表面電流，產生輻射。

安裝底盤3為鋁制金屬結構，它將天線單元1和相應同軸饋電電纜2按照特定的陣列分布方式(陣元間距0.5λ0，λ0為中心工作頻率對應的波長)排布，并固連在一起，以實現結構的穩固性并保證天線電性能良好。

天線罩4為聚酰亞胺材料，其上表面與無人機或導彈載體蒙皮曲面弧度一致，下表面通過安裝螺釘6安裝在安裝底盤3上。聚酰亞胺材料具有輕質、高強(其強度可與金屬相媲美，且柔韌耐折)、耐高低溫(能在-269℃～+250℃范圍內長期使用)及優異的介電性能、耐輻射性能、耐磨性、化學穩定性和尺寸穩定性，保護罩內天線系統免受任何形式的損傷和破壞。

相位控制電掃裝置5通過同軸饋電電纜2與天線單元1相連，控制各個天線單元的相位來實現各個方向的波束掃描，其具體形式較為靈活，可根據需要采用常規相控陣有源或無源控制系統。

在本發明中，天線單元1是起輻射作用的最主要部件，用于向空間輻射電磁波，當發射信號時，同軸饋電電纜2輸入發射信號，同軸接頭輸出的能量激起天線的表面電流，從而產生輻射；由于天線單元1采用嵌入盤錐形共形全向垂直極化天線單元，使得整個天線系統可以接收或發射垂直極化電磁波，滿足無人機及導彈系統數據傳輸天線的極化需求；由于天線單元1采用嵌入式形結構且天線罩4曲率與無人機7或導彈8表面相應位置曲率一致，可以安裝實現良好的氣動特性；由于天線罩4采用耐高溫等性能良好的聚酰亞胺材料，可以保護罩內天線系統免受任何形式的損傷和破壞，滿足無人機7或導彈8等高速運動載體的熱防護等特殊需求；由于天線單元1本身為全向水平面輻射天線，且在天線單元后端引入了相位控制電掃裝置5，使得天線的輻射場可在水平面360度范圍內均勻高增益掃描，可以實現無人機7或導彈8之間的協同組網通信。

參見圖3、圖4所示，圖4為本發明天線中心頻率的駐波比，各個端口駐波比小于2的帶寬為10％，圖4是本發明天線的中心頻率水平面輻射方向圖，天線陣列水平面增益>7dBi，可以滿足無人機或導彈通信系統協同組網通信的常規需求。

參見圖5、圖6所示，圖5是本發明天線與無人機共形安裝的示意圖，圖6是本發明天線與導彈共形安裝的結構示意圖，本發明天線陣列可以與無人機、導彈等高速運動載體共形安裝。

本發明和現有技術相對照，其效果是積極和明顯的。本發明由于采用嵌入盤錐形共形全向垂直極化天線單元，使得天線可以接收或發射垂直極化電磁波，滿足無人機及導彈系統數據傳輸天線的極化需求；由于天線單元采用嵌入式形結構且天線罩曲率與無人機或導彈表面相應位置曲率一致，可以使得天線完全嵌入到飛機或導彈平臺內部同尺寸的腔體中，從而通過與載體結構的共形安裝實現良好的氣動特性；由于天線罩采用耐高溫等性能良好的聚酰亞胺材料，可以保護罩內天線系統免受任何形式的損傷和破壞，滿足無人機或導彈等高速運動載體的熱防護等特殊需求；由于天線單元本身為全向水平面輻射天線，且在天線單元后端引入了相位控制電掃裝置，使得天線的輻射場可在水平面360度范圍內均勻高增益掃描，可以滿足無人機或導彈通信系統協同組網的需求。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。