用于確保組件的一致輻射圖案的方法及組件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本公開(kāi)涉及用于確保組件的一致輻射圖案的方法及組件。用于使所述天線設(shè)置在雷達(dá)罩內(nèi)時(shí)的輻射一致的方法和單極天線。根據(jù)本發(fā)明，突出的縱向凸脊(9.90,9.270)形成在單極天線(8)的表面上，縱向凸脊(9.90,9.270)設(shè)置成與雷達(dá)罩(1)—單極天線(8)組件的如下區(qū)域至少大致相對(duì)，即在該區(qū)域中，雷達(dá)罩(1)—單極天線(8)組件具有相比于所述單極天線單獨(dú)的輻射圖案的減小的增益的輻射圖案。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于確保組件的一致輻射圖案的方法及組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種定位在雷達(dá)罩內(nèi)的微波單極天線。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的微波單極天線具有回轉(zhuǎn)表面，例如，回轉(zhuǎn)表面為圓柱形或圓錐形，且已知的是，在其整個(gè)帶寬內(nèi)，它們具有沿正交于其軸線的平面中一致(uniform)的全向輻射圖案。
[0003]還已知的是，例如，如在先文獻(xiàn)US 7，006, 047和US 7，116，278中所示，此類(lèi)全向輻射天線可安裝在由運(yùn)輸載具如飛行器的外表面構(gòu)成的接地層上，例如，出于雷達(dá)的通信或檢測(cè)的目的。為了保護(hù)所述天線，它們中的各個(gè)均由與其同軸的圓柱形天線罩包繞。由于其圓柱形狀和其同軸安裝，故此類(lèi)雷達(dá)罩不干擾由此產(chǎn)生的天線/雷達(dá)罩組件的輻射圖案的全向一致性。
[0004]然而，此類(lèi)已知的天線/雷達(dá)罩組件具有的缺陷在于，圓柱形雷達(dá)罩定位成正交于圍繞所述載具的空氣流，以致其生成高空氣動(dòng)力阻力。 [0005]為了避免此缺陷，所述雷達(dá)罩可構(gòu)想為給定仿形(profiled)的空氣動(dòng)力形狀；但在此情況下，此形狀(根據(jù)定義不由圍繞天線軸線的回轉(zhuǎn)產(chǎn)生)和雷達(dá)罩(出于機(jī)械阻力的原因，其介電常數(shù)大體上大于I)的結(jié)構(gòu)必然伴有仿形天線/雷達(dá)罩組件的全向輻射圖案一致性的消失，其中改變的變化程度取決于頻率和方向，這可在所述輻射圖案的某些點(diǎn)處導(dǎo)致增益(以無(wú)向性分貝表示)的很大負(fù)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主題在于通過(guò)使得有可能產(chǎn)生具有一致全向輻射和低空氣動(dòng)力阻力的此類(lèi)天線/雷達(dá)罩組件來(lái)彌補(bǔ)此缺陷。
[0007]為此，根據(jù)本發(fā)明，用于確保組件的一致輻射圖案的方法包括:
具有回轉(zhuǎn)表面的單極天線，以及
具有空氣動(dòng)力輪廓的雷達(dá)罩，所述單極天線位于雷達(dá)罩內(nèi)，
值得注意的是，其包括以下步驟:
確定所述天線/雷達(dá)罩組件的輻射圖案；
確定圍繞定位在所述雷達(dá)罩內(nèi)的所述單極天線的回轉(zhuǎn)軸線的方向，其中所述天線/雷達(dá)罩組件的所述輻射圖案具有一個(gè)區(qū)域(area)，在該區(qū)域中，增益值相比于所述單極天線的輻射圖案減?。灰约?br> 改變所述單極天線的回轉(zhuǎn)表面，以在其上形成突出的縱向凸脊，縱向凸脊至少大致面對(duì)由此確定的減小的增益的所述區(qū)域中的至少一個(gè)。
[0008]實(shí)際上， 申請(qǐng)人:已發(fā)現(xiàn)此類(lèi)凸脊使得有可能沿它們所面對(duì)的方向再定向天線的波，天線的波由所存在的雷達(dá)罩干擾，且因此反抗具有減小或甚至負(fù)的增益值的輻射圖案的區(qū)域的形成。
[0009]因此，由于本發(fā)明，所述天線/雷達(dá)罩組件由于所述雷達(dá)罩的仿形輪廓而具有低空氣動(dòng)力阻力，且由于所述凸脊構(gòu)成電磁衍射的區(qū)域而具有至少大致一致的全向輻射，這使得有可能控制具有所述空氣動(dòng)力雷達(dá)罩的天線的輻射。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，一種組件包括:
具有回轉(zhuǎn)表面的單極天線；以及
具有空氣動(dòng)力輪廓的雷達(dá)罩，所述單極天線位于雷達(dá)罩內(nèi)，
所述天線/雷達(dá)罩組件的輻射圖案具有一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域中，增益值相比于所述單極天線的輻射圖案減小，
值得注意的是，所述單極天線包括在其回轉(zhuǎn)表面上的至少一個(gè)突出的縱向凸脊，其定位成至少大致面對(duì)至少一個(gè)所述減小增益的區(qū)域。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的所述天線/雷達(dá)罩組件的優(yōu)選實(shí)施例中:
所述雷達(dá)罩為中空本體，其具有空氣動(dòng)力輪廓，其包括由前緣和由后緣在其端部處連接的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁，其限定用于所述雷達(dá)罩的中間縱向平面，
所述天線的軸線位于所述雷達(dá)罩的中間縱向平面與中間橫向平面的交點(diǎn)處，以及所述天線的表面包括橫穿所述雷達(dá)罩的所述中間縱向平面且在所述平面任一側(cè)上的兩個(gè)縱向凸脊，凸脊 定位成分別直接面對(duì)所述雷達(dá)罩的對(duì)應(yīng)側(cè)壁。
[0012]在有利的實(shí)施例中，在定位成直接面對(duì)雷達(dá)罩的側(cè)壁的各個(gè)所述縱向凸脊的任一側(cè)上，所述單極天線的表面包括傾斜地面對(duì)雷達(dá)罩的對(duì)應(yīng)側(cè)壁的兩個(gè)縱向凸脊。作為優(yōu)選，定位成直接面對(duì)雷達(dá)罩的側(cè)壁的所述縱向凸脊和定位成傾斜地面對(duì)所述側(cè)壁的所述縱向凸脊為橢圓部分。在此情況下，所有所述縱向凸脊可屬于定心在所述天線的軸線上的三個(gè)橢圓，其短軸、長(zhǎng)軸和相對(duì)定向形成參數(shù)，以便優(yōu)化所述單極天線/雷達(dá)罩組件的一致的輻射圖案。
[0013]在變型中，在雷達(dá)罩的中間縱向平面的任一側(cè)上，定位成直接面對(duì)雷達(dá)罩的對(duì)應(yīng)側(cè)壁的縱向凸脊和定位成傾斜地面對(duì)后一側(cè)壁的兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的縱向凸脊可合并來(lái)形成單個(gè)圓形側(cè)向凸起。在此情況下，所述天線的表面具有面對(duì)雷達(dá)罩的所述前緣和所述后緣的圓形凹槽。
[0014]為了減小由所述單極天線的開(kāi)口端部生成的衍射的效果，所述端部有利地由塞封閉。此塞可具有不同形式，例如，蓋的形式。
[0015]此外，為了減小天線的側(cè)向大小，有利的是所述單極天線定位在由介電材料制成的中空形狀內(nèi)，例如，陶瓷類(lèi)型的介電材料，介電材料采用其形狀，且其介電常數(shù)由所述天線的側(cè)向減小與所述天線的帶寬之間的折中而得到。
[0016]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，單極天線由黃銅制成，構(gòu)成雷達(dá)罩(例如，RF-4類(lèi)類(lèi)型的復(fù)合材料)的材料的介電常數(shù)為大約4，且構(gòu)成所述中空?qǐng)A柱的材料的介電常數(shù)為大約5。
[0017]作為優(yōu)選，為了將所述單極天線固定到所述雷達(dá)罩上，雷達(dá)罩填充有限定所述單極天線的低介電常數(shù)(例如，大約I)的泡沫。
[0018]本發(fā)明可實(shí)施為用于具有寬帶寬的大體上圓錐形的單極天線和具有窄帶寬的大體上圓柱形的單極天線。然而，下文主要表示大體上圓錐形的單極天線。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]附圖中的圖將使得更容易理解如何可實(shí)施本發(fā)明。在這些圖中，相同參考標(biāo)號(hào)表示相似元件。
[0020]圖1在圖解視圖中示出了包圍已知圓錐形單極天線的空氣動(dòng)力形雷達(dá)罩。
[0021]圖2為圖1中的平面視圖。
[0022]圖3示出了相比于單個(gè)已知圓錐形單極天線的輻射圖案的圖1和圖2中的雷達(dá)罩/單極天線組件的以dB計(jì)且在5Hz下的輻射圖案。
[0023]圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的單極天線的截面。
[0024]圖4B示出了如何可產(chǎn)生圖4A中的截面。
[0025]圖5在剖面視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的圖4A中的單極天線的雷達(dá)罩內(nèi)的定位。
[0026]圖6示出了相比于單個(gè)已知圓錐形單極天線的輻射圖案的圖5中的雷達(dá)罩/單極天線組件的以dB計(jì)且在5Hz下的輻射圖案。
[0027]圖7在透視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的單極天線的變型實(shí)施例。
[0028]圖8示出了圖7的單極天線的放大截面。
[0029]圖9示出了雷達(dá)罩內(nèi)的圖7的單極天線的定位，假定了后者對(duì)于來(lái)自于單極天線的波至少大致透明。
[0030]圖10示出了相比于單個(gè)已知圓錐形單極天線的輻射圖案的圖9中的雷達(dá)罩/單極天線組件的以dB計(jì)且在5Hz下的輻射圖案。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1、圖2、圖5和圖9所示的雷達(dá)罩I由載有接近4的介電常數(shù)的介電纖維的樹(shù)脂型復(fù)合材料制成，例如，F(xiàn)R-4(阻燃4)型復(fù)合材料。
[0032]雷達(dá)罩I具有帶空氣動(dòng)力輪廓2的中空本體的形式，其包括在其端部處由前緣5和由后緣6連接的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁3和4。前緣5和后緣6限定中間縱向平面，其具有用于所述雷達(dá)罩的對(duì)稱(chēng)線M，包含其縱軸線X-X。
[0033]例如由黃銅制成的圓錐微波單極天線7定位在圖1和圖2的雷達(dá)罩I內(nèi)，天線7能夠在0.7GHz至6GHz的頻帶中工作，且其縱軸線1_1處于雷達(dá)罩I的中間縱向平面M，且垂直于接地面定向。穿過(guò)天線7的軸線1-1且正交于中間縱向平面M的平面T限定垂直于縱軸線X-X的橫向軸線Y-Y。
[0034]因此，軸線X-X和Y-Y形成圍繞單極天線7的縱軸線1-1的矩形參考定位標(biāo)記。在圖3、圖6和圖10的圖中，軸線X-X對(duì)應(yīng)于0°至180°定向，而軸線Y-Y對(duì)應(yīng)于90°至270°定向。
[0035]以已知的方式，當(dāng)單極天線7不定位在雷達(dá)罩I內(nèi)時(shí)，其輻射圖案R7為一致的全向，且其增益值在所有方向都是正的(見(jiàn)圖3、圖6和圖10)。
[0036]相反，在圖1和圖2的構(gòu)造中，單極天線7定位在雷達(dá)罩I內(nèi)，雷達(dá)罩I/單極天線7組件的輻射圖案R17具有較大的取決于方向的波動(dòng)(見(jiàn)圖3)。實(shí)際上，由雷達(dá)罩I/單極天線7組件輻射的場(chǎng)取決于雷達(dá)罩7的面上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布，這些場(chǎng)取決于所述雷達(dá)罩的壁的反射系數(shù)和透射系數(shù)，其自身取決于雷達(dá)罩的面上的波的入射角。如圖3中所見(jiàn)，在5GHz下的輻射圖案R17具有平均值周?chē)?/-1OdB的增益偏差，增益的一些值甚至為負(fù)(接近-1OdB)。
[0037]為了彌補(bǔ)這些缺陷且產(chǎn)生具有大致一致的全方向輻射圖案的雷達(dá)罩I/單極天線組件，本發(fā)明在于對(duì)于給定形式和介電常數(shù)的空氣動(dòng)力雷達(dá)罩，且優(yōu)選的是，同時(shí)保留所述天線7的外殼，以通過(guò)形成凸形區(qū)域(突出的凸脊)和因此的在其表面上的凹形區(qū)域(凹槽)來(lái)優(yōu)化單極天線的截面的輪廓，從而構(gòu)成電磁衍射的區(qū)域，其通過(guò)與空氣動(dòng)力雷達(dá)罩I電磁耦合而能夠允許產(chǎn)生此類(lèi)全向的至少大致一致的輻射圖案。因此，所述突出的凸脊的數(shù)目、分布和尺寸構(gòu)成參數(shù)，其使得有可能控制單極天線的表面上的電磁波的衍射，且因此由空氣動(dòng)力雷達(dá)罩I和單極天線形成的組件的輻射。本發(fā)明基于以下事實(shí):首先，凸脊沿其所面對(duì)的方向來(lái)集中能量。
[0038]因此，參看圖3，將注意到由雷達(dá)罩I和單極天線7形成的組件的輻射圖案R17相比于天線7自身的輻射圖案R7，具有至少大致在30° —120°、90° — 270°和150° —330°的方向的帶增益值的區(qū)域，該增益值減小，且有時(shí)甚至為負(fù)的。減小的增益的這些區(qū)域分別給有標(biāo)號(hào) Z30, Z90, Z150, Z210, Z270 和 Z330。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，為了填充這些區(qū)域Z30，Z90, Z150, Z210, Z270和Z330中的至少一些，至少大致面對(duì)所述區(qū)域的突出的縱向凸脊設(shè)在本發(fā)明的天線的表面上。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的此類(lèi)單極天線8在圖4A中示出，圖4A示出了所述單極天線8的表面包括分別沿方向30°、90°、150°、210°、270 °和330 °的突出的縱向凸脊9.30,9.90,9.150,9.210,9.270和9.330，即，當(dāng)單極天線8位于雷達(dá)罩I內(nèi)時(shí)，如圖5示意性所示，至少大致面對(duì)所述區(qū)域Z30, Z90, Z150, Z210, Z270和Z330。因此，凸脊9.90和9.270分別定位成直接地面對(duì)雷達(dá)罩I的側(cè)壁3和4，而凸脊9.30和9.150,9.210和9.330定位成傾斜地面對(duì)所述側(cè)壁3和4。
[0041]如圖4B中所示，凸脊9.30，9.90，9.150，9.210，9.270和9.330可具有三個(gè)橢圓的部分的形狀，這些橢圓El，E2和E3為同軸的。圖4B示出了相同的橢圓El，E2和E3，但很明顯，如圖5中所示，它們可為不同的。將容易理解的是，橢圓E1，E2，E3的尺寸(由其長(zhǎng)軸和短軸限定)以及其軸線關(guān)于雷達(dá)罩I 的縱軸線x-x的傾斜度為使得有可能優(yōu)化單極天線8/雷達(dá)罩I組件的一致輻射圖案R18的參數(shù)。
[0042]在圖6中，已經(jīng)繪出了處于5GHz的輻射圖案R18，且可看到的是，已經(jīng)除去了區(qū)域Z90和Z270，已經(jīng)減小了區(qū)域Z30，Z150, Z210和Z330，且已經(jīng)沿軸線X-X的方向改善了增益。最多，輻射圖案R18具有平均值周?chē)?/_4dB的增益的剩余偏差，增益的最小值為 _3dB。
[0043]為了甚至進(jìn)一步優(yōu)化單極天線/雷達(dá)罩組件的輻射圖案，可使用包括優(yōu)化模塊(例如，實(shí)施優(yōu)化算法，如，牛頓法)的已知的天線設(shè)計(jì)工具，其中天線及其雷達(dá)罩由CAD類(lèi)型的幾何模型來(lái)描述。
[0044]然后，有可能產(chǎn)生改進(jìn)的單極天線，如，在圖7、圖8和圖9中所示的天線10。在根據(jù)本發(fā)明的該單極天線10中，定位成直接面對(duì)雷達(dá)罩I的側(cè)壁3和4的各個(gè)縱向凸脊9.90和9.270與定位成傾斜地面對(duì)它們的兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的縱向凸脊(對(duì)于凸脊9.90為9.30和
9.150，而對(duì)于凸脊9.270為9.210和9.330)合并，以分別形成單個(gè)圓形側(cè)向凸起11或12。以此方式，單極天線10的表面具有分別面對(duì)雷達(dá)罩I的前緣5和面對(duì)后緣6的圓形凹槽13或14。
[0045]圖10中示出了由雷達(dá)罩I和單極天線10形成的組件的處于5GHz的輻射圖案R110。如可看到的那樣，剩余增益的偏差最多為平均值周?chē)?/_2dB，增益的最小值為-1dB0
[0046]如圖7和圖9所示，單極天線10的開(kāi)口端部有利地由塞15封閉。
[0047]此外，單極天線8(圖5)和單極天線10(圖9)可定位在由介電材料制成的中空?qǐng)A柱16內(nèi)，其采用所述天線的形狀，且其介電常數(shù)由所述天線的側(cè)向減小與所述天線的帶寬之間的折 中而得到。根據(jù)本發(fā)明的這些單極天線8和10優(yōu)選為由填充所述雷達(dá)罩I (圖2和圖5)的介電常數(shù)接近I的泡沫17固定到雷達(dá)罩I上。
[0048]盡管這些圖大體上示出了圓錐形單極天線，但很明顯，本發(fā)明還大體上涉及圓柱形的單極天線。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確保組件的一致輻射圖案的方法，包括: 單極天線，以及 具有空氣動(dòng)力輪廓的雷達(dá)罩，所述單極天線位于雷達(dá)罩內(nèi)， 其特征在于，所述方法包括以下步驟: 確定所述天線/雷達(dá)罩組件的輻射圖案； 確定圍繞定位在所述雷達(dá)罩內(nèi)的所述單極天線的軸線的方向，其中，所述天線/雷達(dá)罩組件的所述輻射圖案具有一個(gè)區(qū)域，在所述區(qū)域中，所述增益值相比于所述單極天線的輻射圖案減??；以及 改變所述單極天線的表面，以在其上形成突出的縱向凸脊，所述縱向凸脊至少大致面對(duì)由此確定的減小的增益的所述區(qū)域中的至少一個(gè)。
2.一種組件,包括: 具有回轉(zhuǎn)表面的單極天線，以及 具有空氣動(dòng)力輪廓的雷達(dá)罩，所述單極天線位于雷達(dá)罩內(nèi)， 其特征在于， 所述單極天線(8，10)包括在其回轉(zhuǎn)表面上的至少一個(gè)突出的縱向凸脊(9，11，12)，所述凸脊定位成至少大致面對(duì)至少一個(gè)減小的增益的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件， 其特征在于: 所述雷達(dá)罩(I)為帶空氣動(dòng)力輪廓的中空本體，所述輪廓包括在其端部處由前緣(5)和由后緣(6)連接的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁(3，4)，其限定用于所述雷達(dá)罩的中間縱向平面(M)， 所述天線的軸線(1.D位于所述中間縱向平面(M)和所述雷達(dá)罩的中間橫向平面(T)的交點(diǎn)處，以及 所述天線的表面包括橫穿所述雷達(dá)罩的所述中間縱向平面且在所述平面的任一側(cè)上的兩個(gè)縱向凸脊(9.90,9.20; 11，12)，其分別定位成直接面對(duì)所述雷達(dá)罩(I)的對(duì)應(yīng)的側(cè)壁(3，4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件， 其特征在于，在定位成直接面對(duì)所述雷達(dá)罩(I)的側(cè)壁(3，4)的各個(gè)所述縱向凸脊(9.90，9.270，11，12)的任一側(cè)上，所述單極天線的表面包括傾斜地面對(duì)所述雷達(dá)罩的對(duì)應(yīng)側(cè)壁(3，4)的兩個(gè)縱向凸脊(9.30,9.150; 9.270，9.330)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件， 其特征在于，定位成直接面對(duì)所述雷達(dá)罩的側(cè)壁的所述縱向凸脊和定位成傾斜地面對(duì)所述側(cè)壁的所述縱向凸脊為橢圓部分(El，E2, E3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件， 其特征在于，所述縱向凸脊屬于定心在所述天線的軸線(1.1)上的三個(gè)橢圓(El, E2, E3)，所述橢圓的短軸、長(zhǎng)軸和相對(duì)定向形成參數(shù)，以便優(yōu)化所述單極天線/雷達(dá)罩組件的一致的輻射圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件， 其特征在于，在所述雷達(dá)罩(I)的中間縱向平面(M)的任一側(cè)上，定位成直接面對(duì)所述雷達(dá)罩的對(duì)應(yīng)側(cè)壁的縱向凸脊和定位成傾斜地面對(duì)所述后一側(cè)壁的兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的縱向凸脊合并來(lái)形成單個(gè)圓形側(cè)向凸起(11，12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件， 其特征在于，所述天線的表面具有分別面對(duì)所述雷達(dá)罩的所述前緣和所述后緣的圓形凹槽(13，14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述的組件， 其特征在于，所述單極天線的開(kāi)口端部由塞(15)封閉。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)所述的組件， 其特征在于，所述單極天線定位在采用所述天線的形狀的介電材料的中空形式(16)的內(nèi)側(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10中任一項(xiàng)所述的組件， 其特征在于，所述雷達(dá)罩填充有接近I的介電常數(shù)的泡沫(17)，從而限定所述單極天線且將其固定到所述雷達(dá)罩上。
12.—種單極天線，其具有回轉(zhuǎn)表面，且旨在定位在具有空氣動(dòng)力輪廓的雷達(dá)罩內(nèi)，以便形成天線/雷達(dá)組件，所述組件的輻射圖案具有一個(gè)區(qū)域，在所述區(qū)域中，所述增益值相比于所述單極天線的輻射圖案減小， 其特征在于，所述單極天線(8，10)包括在其回轉(zhuǎn)表面上的至少一個(gè)突出的縱向凸脊(9，11，12)，所述凸脊旨在至少大致面對(duì)定位在所述雷達(dá)罩內(nèi)的所述天線的至少一個(gè)減小的增益的所述區(qū)域。
【文檔編號(hào)】H01Q1/42GK104022355SQ201410061174
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月22日
【發(fā)明者】H.熱蘭 申請(qǐng)人:空中客車(chē)運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)化股份公司, 奧尼拉(國(guó)家宇航研究所)