本發(fā)明屬于陣列天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水平面掃描共形陣列天線，具體為一種能夠?qū)崿F(xiàn)水平面掃描，且能夠與無人機(jī)、導(dǎo)彈等高速運(yùn)動(dòng)載體表面結(jié)構(gòu)共形的陣列天線。

背景技術(shù)：

目前民用飛機(jī)(尤是無人機(jī))領(lǐng)域及軍用導(dǎo)彈領(lǐng)域均提出了協(xié)同組網(wǎng)需求。無人機(jī)協(xié)同組網(wǎng)是指多無人機(jī)間的通信不完全依賴于地面控制站或衛(wèi)星等基礎(chǔ)通信設(shè)施，而是將無人機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)間能夠相互轉(zhuǎn)發(fā)指控指令，交換感知態(tài)勢、健康情況等數(shù)據(jù)，自動(dòng)連接建立起一個(gè)無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，多無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)同應(yīng)用比單個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)具備可生存性更強(qiáng)、可擴(kuò)展性更高、完成任務(wù)更快等優(yōu)勢，是對現(xiàn)有無人機(jī)通信體系的補(bǔ)充和完善，具有重要的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值；導(dǎo)彈武器協(xié)同作戰(zhàn)是利用協(xié)同數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在導(dǎo)彈與導(dǎo)彈之間建立有機(jī)聯(lián)系，將傳感器、武器系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)化有機(jī)地聯(lián)系在一起，以實(shí)現(xiàn)信息共享，從而從整體上產(chǎn)生高效的協(xié)調(diào)，大大提高作戰(zhàn)效能，支撐飛航武器協(xié)同偵察、協(xié)同控制、協(xié)同打擊、在線遠(yuǎn)程指控、打擊效果評估等多任務(wù)，對導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能的提升將起到巨大作用。

無論是無人機(jī)還是導(dǎo)彈的協(xié)同組網(wǎng)，均需要使用水平面有能量輻射的天線系統(tǒng)，即使用垂直極化全向單天線或者陣列天線。應(yīng)用于無人機(jī)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(jié)構(gòu)簡單、電氣性能穩(wěn)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(shí)，必須伸出平臺表面突出到氣流當(dāng)中，不但增加了彈體的氣動(dòng)阻力、破壞了平臺的氣動(dòng)特性，也容易發(fā)生物理損壞，而且這些類型的單天線增益較低，嚴(yán)重降低了載體之間的通信距離；應(yīng)用于無人機(jī)或者彈載平臺上的傳統(tǒng)定向陣列天線，如果想要實(shí)現(xiàn)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(jī)或者導(dǎo)彈載體上可用安裝位置非常有限，很難預(yù)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(jī)、導(dǎo)彈等高速運(yùn)動(dòng)載體應(yīng)用開發(fā)一種共形陣列天線系統(tǒng)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)水平面高增益掃描，提供比現(xiàn)有的天線設(shè)計(jì)更理想的氣動(dòng)特性和電氣指標(biāo)特性，從而滿足通信系統(tǒng)協(xié)同組網(wǎng)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)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(yīng)用于無人機(jī)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(fā)生物理損壞，影響載體的安全性，破壞載體的氣動(dòng)特性以及增益較低等問題；使其解決應(yīng)用于無人機(jī)或者彈載平臺上的傳統(tǒng)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(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)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(gè)天線單元1，每個(gè)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(gè)天線單1元的相位來實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(nèi)芯，天線本體嵌入到金屬柱形腔體13內(nèi)部；金屬柱形腔體底部是一個(gè)金屬平面反射面14，平面反射面14上面直接連接一個(gè)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(gè)天線成為一個(gè)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(jìn)而激起天線表面電流，從而產(chǎn)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(nèi)芯通過焊接相連。

其中，所述天線單元1設(shè)置有8個(gè)。

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(jié)構(gòu)，它將天線單元1和相應(yīng)同軸饋電電纜2按照設(shè)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(jī)或?qū)椵d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(guī)相控陣有源或無源控制系統(tǒng)。

(三)有益效果

上述技術(shù)方案所提供的水平面掃描共形陣列天線，用于發(fā)射和接收垂直極化電磁波，其結(jié)構(gòu)簡單，能夠完全與無人機(jī)或?qū)椘脚_共形，隱藏于在載體蒙皮下，保持載體良好的氣動(dòng)特性及電氣指標(biāo)，而且天線的輻射場可在水平面360度范圍內(nèi)均勻高增益掃描，可以滿足無人機(jī)或?qū)椡ㄐ畔到y(tǒng)協(xié)同組網(wǎng)的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明天線側(cè)視圖

圖2是本發(fā)明天線去掉天線罩的俯視圖

圖3是本發(fā)明天線的駐波比

圖4是本發(fā)明天線的水平面輻射方向圖

圖5是本發(fā)明天線與無人機(jī)共形安裝的示意圖

圖6是本發(fā)明天線與導(dǎo)彈共形安裝的結(jié)構(gòu)示意圖

圖7為嵌入盤錐形全向垂直極化天線整體結(jié)構(gòu)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(jī)，8.導(dǎo)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(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參見圖1、圖2所示，本發(fā)明是一種能夠與安裝載體表面結(jié)構(gòu)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(gè)天線單元1，每個(gè)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(gè)天線單1元的相位來實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的波束掃描。

本實(shí)施例優(yōu)選設(shè)置8個(gè)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(jié)構(gòu)，可發(fā)射垂直極化波，并能實(shí)現(xiàn)水平面360°全向輻射。天線單元1的結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示，天線單元1由天線本體及插入天線結(jié)構(gòu)中的同軸饋電電纜共同構(gòu)成。天線本體輻射體是一個(gè)金屬圓盤11，它與同軸電纜15的內(nèi)芯通過焊接相連，嵌入到一個(gè)金屬柱形腔體13內(nèi)部；金屬柱形腔體底部是一個(gè)金屬平面反射面14，上面直接連接一個(gè)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(gè)天線成為一個(gè)整體；同軸接頭輸出的能量從饋電端饋入，進(jìn)而激起天線表面電流，從而產(chǎn)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(chǎn)品，選用的是陜西華達(dá)科技有限公司生產(chǎn)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(jìn)而激起天線表面電流，產(chǎn)生輻射。

安裝底盤3為鋁制金屬結(jié)構(gòu)，它將天線單元1和相應(yīng)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(yīng)的波長)排布，并固連在一起，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(jī)或?qū)椵d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(zhì)、高強(qiáng)(其強(qiáng)度可與金屬相媲美，且柔韌耐折)、耐高低溫(能在-269℃～+250℃范圍內(nèi)長期使用)及優(yōu)異的介電性能、耐輻射性能、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，保護(hù)罩內(nèi)天線系統(tǒng)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(gè)天線單元的相位來實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的波束掃描，其具體形式較為靈活，可根據(jù)需要采用常規(guī)相控陣有源或無源控制系統(tǒng)。

在本發(fā)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(dāng)發(fā)射信號時(shí)，同軸饋電電纜2輸入發(fā)射信號，同軸接頭輸出的能量激起天線的表面電流，從而產(chǎn)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(gè)天線系統(tǒng)可以接收或發(fā)射垂直極化電磁波，滿足無人機(jī)及導(dǎo)彈系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸天線的極化需求；由于天線單元1采用嵌入式形結(jié)構(gòu)且天線罩4曲率與無人機(jī)7或?qū)?表面相應(yīng)位置曲率一致，可以安裝實(shí)現(xiàn)良好的氣動(dòng)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(hù)罩內(nèi)天線系統(tǒng)免受任何形式的損傷和破壞，滿足無人機(jī)7或?qū)?等高速運(yùn)動(dòng)載體的熱防護(hù)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(nèi)均勻高增益掃描，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)7或?qū)?之間的協(xié)同組網(wǎng)通信。

參見圖3、圖4所示，圖4為本發(fā)明天線中心頻率的駐波比，各個(gè)端口駐波比小于2的帶寬為10％，圖4是本發(fā)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(jī)或?qū)椡ㄐ畔到y(tǒng)協(xié)同組網(wǎng)通信的常規(guī)需求。

參見圖5、圖6所示，圖5是本發(fā)明天線與無人機(jī)共形安裝的示意圖，圖6是本發(fā)明天線與導(dǎo)彈共形安裝的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明天線陣列可以與無人機(jī)、導(dǎo)彈等高速運(yùn)動(dòng)載體共形安裝。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相對照，其效果是積極和明顯的。本發(fā)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(fā)射垂直極化電磁波，滿足無人機(jī)及導(dǎo)彈系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸天線的極化需求；由于天線單元采用嵌入式形結(jié)構(gòu)且天線罩曲率與無人機(jī)或?qū)棻砻嫦鄳?yīng)位置曲率一致，可以使得天線完全嵌入到飛機(jī)或?qū)椘脚_內(nèi)部同尺寸的腔體中，從而通過與載體結(jié)構(gòu)的共形安裝實(shí)現(xiàn)良好的氣動(dòng)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(hù)罩內(nèi)天線系統(tǒng)免受任何形式的損傷和破壞，滿足無人機(jī)或?qū)椀雀咚龠\(yùn)動(dòng)載體的熱防護(hù)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(nèi)均勻高增益掃描，可以滿足無人機(jī)或?qū)椡ㄐ畔到y(tǒng)協(xié)同組網(wǎng)的需求。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。