一种弹载小型化多频段可重构共形天线的制作方法

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种弹载小型化多频段可重构共形天线。

背景技术：

传统的弹载天线系统一般采用单一模式工作，即只负责完成单一频率、单一功能及特定方向图与极化特性要求下的工作模式，在其结构设计中许多天线密集分布于载体平台表面。这种单一模式近似离散化的布局方式将引起天线辐射结构与安装结构相互干扰的严重问题，破坏了弹体的气动性能、增加气动阻力、增大弹载设备重量，增大导弹本身的rcs数值，不利于导弹的突防作战效能的提升。因此，一方面，需要使天线能够工作在多个频带，具有多种工作模式并具有良好的传输性能。另一方面，又要减轻天线的重量、减小天线体积并降低成本。

为了满足弹载天线系统的需求，可重构天线的概念才被提出并且得到发展，目前的可重构天线主要通过加载可变电抗、机械可控结构、可调开关器件和可控频率选择表面来实现。

频率选择表面(frequencyselectivesurface，fss)是一种二维周期性阵列结构，就其本质而言是一个空间滤波器，与电磁波相互作用表现出明显的带通或带阻的滤波特性，被广泛应用在电磁频谱的各个波段上，如雷达罩带通滤波器、卫星通信用的频率分离器和极化分离器。

现有的由周期性贴片或缝隙陈列形成的fss性能较差，无法满足天线系统工作在多个频带时对天线不同工作频段的信号反射，导致无法实现多频段的天线方向图定向发射的要求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种弹载小型化多频段可重构共形天线，通过频率选择表面实现对偶极子天线的不同工作频段的信号反射，使天线方向图满足定向发射的要求。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种弹载小型化多频段可重构共形天线，包括：

辐射天线层，其包括偶极子天线；

天线频段切换控制单元，其与所述偶极子天线相连，并用于切换偶极子天线的工作频段；

多层频率选择表面层，多层所述频率选择表面层叠设于所述辐射天线层的底部，每层所述频率选择表面层对应一种工作频段的偶极子天线，所述频率选择表面层包括基板与设于所述基板上的缝隙阵列，所述缝隙阵列用于完全反射对应工作频段的偶极子天线的信号。

在上述技术方案的基础上，所述缝隙阵列包括多个呈阵列分布的重复阵元，所述重复阵元包括一对相互倒置并交错相连的t型结构。

在上述技术方案的基础上，所述重复阵元包括：

单元板，其设于所述基板上；

矩形框架，其包容于所述基板的中部；

四个延伸部，四个所述延伸部分别沿所述矩形框架的四角延伸设置，且相邻的两个所述延伸部位相互垂直设置。

在上述技术方案的基础上，所述单元板的宽度为h，满足：h＝0.6λ，其中λ为频率选择表面层对应工作频段的偶极子天线的波长。

在上述技术方案的基础上，所述矩形框架的宽度为l1，所述延伸部位的长度和宽度分别为l2和w，满足l1＝0.18λ，l2＝0.072λ，w＝0.059λ，其中λ为频率选择表面层对应工作频段的偶极子天线的波长。

在上述技术方案的基础上，所述基板与所述辐射天线层之间的距离为d，d＝1/4λ，其中λ为频率选择表面层对应工作频段的偶极子天线的波长。

在上述技术方案的基础上，所述偶极子天线为十字交叉偶极子天线。

在上述技术方案的基础上，所述天线频率切换控制单元包括：

二极管，其设于所述十字交叉偶极子天线之间；

接线柱，其设于所述频率选择表面层的底部，且所述接线柱连接有直流开关控制单元，所述直流开关控制单元用于控制所述二极管的导通和闭合。

在上述技术方案的基础上，所述辐射天线层还包括辐射天线板，所述十字偶极子天线设于所述辐射天线板上，且所述辐射天线板与所述频率选择表面层之间设有第一支撑板。

在上述技术方案的基础上，所述频率选择表面层还包括：

第二支撑板，所述第二支撑板设于所述基板的底部；

地面反射层，所述地面反射层设于所述频率选择表面层的底端。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种弹载小型化多频段可重构共形天线，其包括辐射天线层、天线频段切换控制单元和多层频率选择表面层，天线频段切换控制单元与辐射天线层上的偶极子天线相连，并用于切换偶极子天线的工作频段，实现偶极子天线的频率可重构，其中频率选择表面层的层数与偶极子天线的工作频段的数量相适配，根据偶极子天线的工作频段的数量来确定频率选择表面层的层数，每层频率选择表面层对应一个工作频率的偶极子天线，频率选择表面层包括基板和缝隙阵列，通过设计基板的宽度以及缝隙阵列的形状和尺寸能够使得频率选择表面层与天线的工作频率相谐振，当偶极子天线在某一工作频率下辐射形成的电磁波，能够被对应的频率选择表面层完全反射，无法透射，实现天线系统的定向辐射功能。

附图说明

图1为本发明实施例中一种弹载小型化多频段可重构共形天线的立体图；

图2为本发明实施例中一种弹载小型化多频段可重构共形天线的分解结构示意图；

图3为本发明实施例中一种弹载小型化多频段可重构共形天线的主视图；

图4为本发明实施例中一种弹载小型化多频段可重构共形天线的俯视图；

图5为本发明实施例中c波段的频率选择表面层的结构示意图；

图6为本发明实施例中s波段的频率选择表面层的结构示意图。

图中：1-辐射天线层，10-偶极子天线，11-辐射天线板，12-第一支撑板，2-天线频率切换控制单元，20-二极管，21-接线柱，3-频率选择表面层，30-基板，31-缝隙阵列，310-重复阵元，3100-单元板，3101-矩形框架，3102-延伸部位，32-第二支撑板，33-地面反射层。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种弹载小型化多频段可重构共形天线，包括辐射天线层1、天线频段切换控制单元2和频率选择表面层3。

辐射天线层1包括偶极子天线10，天线频段切换控制单元2与辐射天线层1上的偶极子天线10相连，并用于切换偶极子天线10的工作频段，实现偶极子天线10的频率可重构，其中频率选择表面层3的层数与偶极子天线10的工作频段的数量相适配，根据偶极子天线10的工作频段的数量来确定频率选择表面层3的层数，每层频率选择表面层3对应一种工作频率的偶极子天线10，频率选择表面层3包括基板30与设于基板30上的缝隙阵列31，通过设计基板30的宽度以及缝隙阵列31的形状和尺寸能够使得频率选择表面层3与偶极子天线10的工作频率相谐振，当偶极子天线10在某一工作频率下辐射形成的电磁波，能够被对应的频率选择表面层3完全反射，无法透射，实现天线系统的定向辐射功能。

参见图2所示，缝隙阵列31包括多个呈阵列分布的重复阵元310，重复阵元310包括一对相互倒置并交错相连的t型结构。

基板30金属介质基片，在基板30上刻有多个呈阵列分布的重复阵元310，形成等效于传统金属腔体的基片集成波导腔体。用于耦合电磁波而在金属基板30的表面蚀刻有呈阵列分布的一对相互倒置并交错相连的t型结构。

参见图5和图6所示，优选地，重复阵元310包括单元板3100、矩形框架3101、四个延伸部3102。

单元板3100设于基板30上，矩形框架3101包容于基板30的中部，四个延伸部3102分别沿矩形框架3101的四角延伸设置，且相邻的两个延伸部位3102相互垂直设置。

工作原理为：重复阵元310的单元板3100的宽度、矩形框架3101的宽度以及延伸部3102的长度和宽度影响不同频率投射波的投射效果，通过设计单元板3100的宽度、矩形框架3101的宽度以及延伸部3102的长度和宽度的尺寸的大小可以使得频率选择表面层3与对应的偶极子天线10的工作频率的投射波想谐振，实现全发射效果。

参见图5和图6所示，优选地，单元板3100的宽度为h，满足：h＝0.6λ，矩形框架3101的宽度为l1，延伸部位3102的长度和宽度分别为l2和w，满足l1＝0.18λ，l2＝0.072λ，w＝0.059λ，其中λ为频率选择表面层对应工作频段的偶极子天线波长。当重复阵元310的单元板3100的宽度h、矩形框架3101的宽度l1以及延伸部3102的长度l2和宽度w分别满足：h＝0.6λ、l1＝0.18λ、l2＝0.072λ、w＝0.059λ时，可以使得每层频率选择表面层3对应的一种工作频段的偶极子天线10在该频段下辐射形成的电磁波，能够被重复阵元310所在的基板30完全反射，无法透射，因此实现天线系统形成定向辐射的功能。而且由于重复阵元310尺寸小，结构紧凑，易于集成，因此还可以根据实际需要组成大规模阵列，满足天线系统的使用需要。

参见图1所示，基板30与辐射天线层1之间的距离为d，d＝1/4λ，其中λ为频率选择表面层对应工作频段的偶极子天线波长。根据偶极子天线10所需要的工作频段进行多层频率选择表面层3的设计，n个频段需要n层频率选择表面层3，频率选择表面层3与辐射天线层1之间的间距为1/4λ，λ为频率选择表面层对应工作频段的偶极子天线波长。

参见图1和图2所示，偶极子天线10为十字交叉偶极子天线。相比于传统反射腔结构，十字交叉偶极子天线具有结构紧凑、工作可靠、易于赋形等特点，可以有效减少多天线孔径单元对安装平台结构特性的破坏，满足弹载天线对结构紧凑性和低剖面的要求。

参见图3和图4所示，天线频率切换控制单元2包括二极管20和接线柱21，二极管20设于十字交叉偶极子天线之间；接线柱21设于频率选择表面层3的底部，且接线柱21连接有直流开关控制单元，直流开关控制单元用于控制二极管20的导通和闭合。天线频率切换控制单元2根据系统指令，来切换控制二极管20的导通和闭合，形成不同谐振长度的十字交叉偶极子天线的天线辐射臂，从而实现天线谐振频率的改变，进而实现天线工作频率的可重构。

参见图1-3所示，优选地，辐射天线层1还包括辐射天线板11，十字偶极子天线设于辐射天线板11上，且辐射天线板11与频率选择表面层3之间设有第一支撑板12。

参见图1-3所示，优选地，频率选择表面层3还包括第二支撑板32和地面反射层33，第二支撑板32设于基板30的底部；地面反射层33设于频率选择表面层3的底端。每一层频率选择表面层3均设置一第二支撑板32，用于支撑基板30，地面反射层33设于天线整体结构的底端。

本发明实施例提供一种弹载小型化多频段可重构共形天线，偶极子天线10的工作频段为c波段和s波段，c波段的频率为4.4ghz～4.5ghz，s波段的频率为2.2ghz～2.4ghz。根据偶极子天线10的工作频段的数量来确定频率选择表面层3的层数，因此频率选择表面层3设计为两层，两层频率选择表面层3分别对应工作频段为c波段和s波段的偶极子天线10。且天线频率切换控制单元2根据系统指令，来切换控制二极管20的导通和闭合，形成c波段和s波段谐振长度的偶极子天线的天线辐射臂，从而实现天线谐振频率在c波段和s波段之间切换，进而实现天线工作频率在c波段和s波段的可重构。

参见图5所示，对应c波段频率选择表面层3的单元板3100的宽度为h，满足：h＝0.6λc，矩形框架3101的宽度为l1，延伸部位3102的长度和宽度分别为l2和w，满足l1＝0.18λc，l2＝0.072λc，w＝0.059λc，其中λc为频率选择表面层对应c波段的偶极子天线的波长。而且，h＝40.5mm、w＝4mm、l1＝12mm、l2＝4.875mm，基板30的厚度1.524mm。天线在4.4ghz～4.5ghz的c波段范围内反射电磁损耗小于0.01db。

当重复阵元310的单元板3100的宽度h、矩形框架3101的宽度l1以及延伸部3102的长度l2和宽度w分别满足：h＝0.6λc、l1＝0.18λc、l2＝0.072λc、w＝0.059λc时，可以使得频率选择表面层3对应的c波段的偶极子天线10在c波段频段下辐射形成的电磁波，能够被重复阵元310所在的基板30完全反射，无法透射，因此实现天线系统形成定向辐射的功能。而且由于重复阵元310尺寸小，结构紧凑，易于集成，因此还可以根据实际需要组成大规模阵列，满足天线系统的使用需要。

参见图1所示，基板30与辐射天线层1之间的距离为d，d＝1/4λc，d为16.9mm，其中λc为频率选择表面层对应c波段的偶极子天线的波长。

参见图6所示，对应s波段频率选择表面层3的单元板3100的宽度为h＇，满足：h＇＝0.6λs，矩形框架3101的宽度为l1＇，延伸部位3102的长度和宽度分别为l2＇和w＇，满足l1＇＝0.18λs，l2＇＝0.072λs，w＇＝0.059λs，其中λs为频率选择表面层对应s波段的偶极子天线的波长。而且，h＇＝65mm、w＇＝5mm、l1＇＝27mm、l2＝11.5mm，基板30的厚度1.524mm。天线在2.2ghz～2.4ghz的s波段范围内反射电磁损耗小于0.01db。

当重复阵元310的单元板3100的宽度h＇、矩形框架3101的宽度l1＇以及延伸部3102的长度l2＇和宽度w＇分别满足：h＇＝0.6λs、l1＇＝0.18λs、l2＇＝0.072λs、w＇＝0.059λs时，可以使得频率选择表面层3对应的c波段的偶极子天线10在s波段频段下辐射形成的电磁波，能够被重复阵元310所在的基板30完全反射，无法透射，因此实现天线系统形成定向辐射的功能。而且由于重复阵元310尺寸小，结构紧凑，易于集成，因此还可以根据实际需要组成大规模阵列，满足天线系统的使用需要。

参见图1所示，基板30与辐射天线层1之间的距离为d，d＝1/4λs，d为16.9mm，其中λs为频率选择表面层对应s波段的偶极子天线的波长。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。