[发明专利]隐显式共形耐高温微带/贴片天线单元

说明书

本发明公开的一种隐显式共形耐高温微带/贴片天线单元，能在400摄氏度高温环境下稳定可靠工作。本发明通过下述技术方案实现：在紧贴共形天线整流罩背端的矩形腔体设有通过多层介质板固联的天线微带板，矩形腔体通过四周围磁壁围成谐振空腔，密封端盖将PCM封装在熔解热腔室中，阻隔外部热量的传导，PCM利用材料自身的比热容储存/释放热，以吸/放热能量转化方式感知天线微带板的热度，共形辐射单元通过微带线或者同轴线，TM10在微带贴片天线宽边和长边进行馈电,使导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，在天线面法向形成互相垂直的电场分量，电流在终端开路的传输线上呈驻波分布通过贴片与四周的接地板之间的缝隙向外辐射。

技术领域

本发明涉及航空测控领域，具体涉及高速飞行器上搭载的隐显式共形耐高温微带/贴片天线单元。

背景技术

在通信设备中，小型化微电子技术以及大规模集成电路的快速发展，使天线成为了电子设备中庞大、笨重部件的问题变得更加突出，对能与设备的大小相互协调且具有效电性能的小天线的需求更加的迫切。由于各种飞行、运转的机器上安装有多种天线，如汽车、飞行器等设备上的天线，这些天线对载体的运行造成不可忽略的阻力并增加油耗，因此，出于减小阻力、节省空间、节约能源等因素的考虑，安装在载体上的天线需要实现与载体的共形，即需要采用共形天线的形式。随着科技的发展,飞行器将进入高超声速时代。高超声速飞行器过快的飞行速度，使其蒙皮承受压力载荷作用的同时,蒙皮与空气强烈摩擦会产生几百甚至上千摄氏度的温度。为了减轻气动加热带来的影响,飞行器通常被设计成扁平的结构形式。然而,当最大限度满足武器等装载能力时,势必留给天线系统的空间将大大缩减。为了节省飞行器内部空间,需要将天线系统与机身共形设计。共形天线通常指与特定载体形状相吻合的一类天线，其设计目的是使天线能够方便地安装于载体表面而不成为载体的拖累。而在一系列天线中，微带天线因其小尺寸,容易共形,高效率等优点被广泛应用于通讯系统。而最主要的一个优点是微带贴片天线可以共形于它所安装的物体表面，馈电方式多样容易安装，成本低。容易阵列，且增加不同的耦合、缝隙、馈电可以实现宽带化、圆极化等。具有增益高、副瓣低，形成赋形波束和多波束等特性辐射效率高。然而窄带宽的特点却是制约微带天线发展应用的主要缺点，带宽比较窄，HTS天线的带宽更窄,相对带宽只有0.1％-1.1％。微带贴片天线是微带天线之中最常见的形式，简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地组成。由于存在回波损耗，使得微带天线的效率不是很高，不适合阵列天线的应用。当前主要应用于微带天线的小型化方法多是采用表面开槽，它的突出特点是频带窄，增益小，效率低。贴片在底板上开正方形环缝在大部分情况下不能提高天线的增益，还在一定程度上使其降低。另外,频带窄仍是微带天线需要解决的缺点。辐射元的宽度W介质层的厚度h、介质的相对介电常数εr和损耗正切、介质层的长度L和宽度W。按结构特征把微带天线分为两大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线；按形状分类，可分为矩形、圆形、环形微带天线等。按工作原理分类，无论那一种天线都可分成谐振型(驻波型)和非揩振型(行波型)微带天线。目前一类天线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线无谐振尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。贴片形状是多种多样的，实际应用中由于某些特殊的性能要求和安装条件的限制，必须用到其他形状的微带贴片天线。例如，E面和H面方向图在端射方向()的电平也要求在半功率电平以上，而规则的矩形或圆形贴片无法满足。矩形微带天线的馈电方式基本上分成侧馈和背馈两种。不论那种方式，其谐振输入电阻Rin很大。其值通常比微带传输线的特性导纳小很多，接近开路状态，因此限制了天线的阻抗频带。常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带阵子天线。天线性能多样化，设计不同形状的贴片单元，或对选择合适的单元组阵，就可实现边射阵、端射阵、各类极化、点扫描微带相控阵等。微带贴片天线一般是由具有一定厚度的介质、较薄的金属接地板及电磁辐射贴片组成的。通常采用微带馈线或者同轴线等方式对其进行馈电，辐射贴片和金属接地板之间将会激励起高频电磁场，并通过金属接地板和辐射贴片之间的缝隙向外辐射出电磁波。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W介质层的厚度h、介质的相对介电常数εr和损耗正切、介质层的长度L和宽度W。矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有的改变，而在宽度方向上保持不变，在长度L方向上可以看作成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度w方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。