一种用于飞行器上的C波段脉冲天线的制作方法

一种用于飞行器上的c波段脉冲天线
技术领域
1.本发明属于天线领域，特别是涉及一种用于飞行器上的c波段脉冲天线。


背景技术：

2.现有天线大多体积大，重量重，结构复杂可靠性低，尤其是应用在飞行器上的天线，飞行器是在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的机器，飞行器需要接收和辐射无线电波，现有飞行器的天线的体积尺寸较大，可靠性不高，天线的方向图与飞行器适配度低，无法满足需求。
3.因此，如何改进飞行器外部安装的天线性能，使得飞行器与地面之间的无线通信传输更优良可靠是本技术领域的技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题是提供一种用于飞行器上的c波段脉冲天线，解决现有技术中飞行器天线与飞行器适配度低、可靠性不足、体积较大等问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种用于飞行器上的c波段脉冲天线，包括底板、介质基板、天线振子和接头，介质基板和接头设置于底板，天线振子设置于介质基板，介质基板上还设置有微带线，微带线连接天线振子和接头，天线振子包括相互连接的第一振子部和第二振子部，以及对所述第一振子部和第二振子部进行支撑的第一支撑部，第一振子部和第二振子部形成的平面平行于底板。
6.优选的，第一振子部和第二振子部之间形成有振子夹角，振子夹角的范围是45
°‑
120
°
。
7.优选的，第一振子部和第二振子部为长条状，且振子夹角为90
°
。
8.优选的，还包括凸台，凸台设置于底板上，介质基板设置于凸台上。
9.优选的，凸台上开设有基板槽，基板槽用于容纳设置介质基板。
10.优选的，还包括引向振子，引向振子具有相互连接且相互垂直的竖向部和水平部，竖向部设置于凸台上，且垂直于底板，水平部平行于底板。
11.优选的，引向振子为多个，分别为第一引向振子、第二引向振子和第三引向振子，第一引向振子设置于天线振子的前侧，第二引向振子和第三引向振子依次设置于天线振子的后侧，且第一引向振子、第二引向振子、第三引向振子和天线振子呈直线型排列。
12.优选的，第一引向振子的水平部的朝向与振子夹角的平分线的朝向相同，第二引向振子的水平部的朝向以及第三引向振子的水平部的朝向均垂直于振子夹角的平分线，且第二引向振子的水平部的朝向与第三引向振子的水平部的朝向相反。
13.优选的，凸台的截面为梯形。
14.优选的，底板上设置有外壳，外壳用于盖合凸台、天线振子、第一引向振子、第二引向振子和第三引向振子。
15.本发明的有益效果是：本发明公开了一种用于飞行器上的c波段脉冲天线，包括底
板、介质基板、天线振子和接头，介质基板和接头设置于底板，天线振子设置于介质基板，介质基板上还设置有微带线，微带线连接天线振子和接头，天线振子包括相互连接的第一振子部和第二振子部，第一振子部和第二振子部形成的平面平行于底板。该用于飞行器上的c波段脉冲天线体积小、可靠性强，可安装在航空航天飞行器上，天线与其它部件配合建立飞行器和地面测控中心间的信道传输，完成测控和通信，使得飞行器与地面之间的无线通信传输更为优良可靠。
附图说明
16.图1是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线一实施例示意图；
17.图2是图1所示实施例的分解示意图；
18.图3是图1所示实施例的分解示意图(去掉外壳)；
19.图4是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线一实施例飞行器飞行示意图；
20.图5是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线一实施例安装角示意图；
21.图6是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线一实施例安装角示意图；
22.图7是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线一实施例天线增益方向图的要求示意图；
23.图8是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线一实施例的天线驻波比仿真示意图；
24.图9是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中具有天线振子，不具有引向振子的方向图；
25.图10是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中具有天线振子，不具有引向振子的增益图；
26.图11是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第一引向振子的方向图；
27.图12是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第一引向振子的增益图；
28.图13是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第二引向振子的方向图；
29.图14是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第二引向振子的增益图；
30.图15是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第三引向振子的方向图；
31.图16是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第一引向振子和第二引向振子的方向图；
32.图17是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第一引向振子和第三引向振子的方向图；
33.图18是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第二引向振子和第三引向振子的方向图；
34.图19是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子同时具有第一引向振子、第二引向振子和第三引向振子的方向图；
35.图20是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子同时具有第一引向振子、第二引向振子和第三引向振子的增益图；
36.图21是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中不具有凸台时的方向图。
具体实施方式
37.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
38.需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
39.在附图中，箭头x表示前侧方向，即表示前后方向，箭头y表示侧面方向，即左右方向，箭头z表示竖向方向，即上下方向。
40.结合图1、图2和图3，该用于飞行器上的c波段脉冲天线包括底板1、介质基板2、天线振子3和接头4，介质基板2和接头4设置于底板1，叠合度高(底板1上设置介质2和接头4，以底板1为中心载体，各个部件围绕该底板1进行设置安装，使得该天线整体叠合度高)，利于实现天线的小型化，天线振子3设置于介质基板2，介质基板2上还设置有微带线21，微带线21连接天线振子3和接头4，天线振子3包括相互连接的第一振子部31和第二振子部32，第一振子部31和第二振子部32形成的平面平行于底板1，天线振子3为单极子天线，方向图覆盖率广泛。
41.该发明的c波段脉冲天线可安装设置在航空航天的飞行器上，该c波段脉冲天线可与其它部件配合建立飞行器(如火箭)和地面测控中心之间的信道传输，完成飞行器与地面之间的测控和通信。
42.进一步优选的，天线振子3材质为金属。
43.进一步优选的，介质基板2的材质为环氧树脂或玻璃布等材料，介质基板2上的微带线为21为四分之一波长长度的微带线，用于匹配电路。
44.优选的，天线振子3还包括第一支撑部33，第一支撑部33为柱状，第一支撑部33竖直设置在介质基板2上，第一支撑部33的顶端连接第一振子部31和第二振子部32，具体的，第一振子部31和第二振子部32连接时形成交叉点，第一支撑部33的顶端连接该交叉点。
45.优选的，第一振子部31和第二振子部32之间形成有振子夹角，振子夹角的范围是45
°‑
120
°
，进一步优选的，振子夹角的范围是70
°‑
110
°
，具体的，振子夹角的范围是90
°
。
46.优选的，第一振子部31和第二振子部32为长条状，且振子夹角为90
°
，即第一振子部31垂直于第二振子部32。
47.优选的，接头4设置于底板1下表面的中心位置。
48.优选的，还包括凸台5，凸台5设置于底板1上，介质基板2设置于凸台5上，进一步优选的，凸台5的截面为梯形，梯形为上窄下宽的梯形，凸台5位于底板1的中间位置，凸台5和底板1的材质均为金属，凸台5的设置是减小底板1对该天线方向图的反射作用。
49.优选的，凸台5上开设有基板槽51，基板槽51用于容纳设置介质基板2，可以很好的保护和隐藏该介质基板2，使得介质基板2的上表面低于凸台5的上表面，或者使介质基板2的上表面和凸台5的上表面平齐，可使得避免介质基板2突出于凸台5的上表面，很好的保护介质基板2，确保天线结构的可靠性。
50.优选的，凸台5高度为12mm，凸台5为梯形，上底为4mm，下底为20mm，设置凸台5是为了使得该天线距离底板1有一定的距离，减小底板1对该天线方向图的反射作用，凸台5内部预留有空间间隙，是为了可以在间隙中穿线走线。
51.优选的，还包括引向振子6，引向振子6具有相互连接且相互垂直的竖向部和水平部，竖向部设置于凸台5上，且垂直于底板1，水平部平行于底板1，引向振子6的材质为金属，引向振子6的作用是给天线赋形，使得平行于底板1方向上的增益增大，且满足方向图合格率的分布。
52.优选的，引向振子6为多个，分别为第一引向振子61、第二引向振子62和第三引向振子63，第一引向振子61设置于天线振子3的前侧，第二引向振子62和第三引向振子63依次设置于天线振子3的后侧，且第一引向振子61、第二引向振子62、第三引向振子63和天线振子3呈直线型排列。
53.优选的，第一引向振子61的水平部611的朝向与振子夹角的平分线的朝向相同，第二引向振子62的水平部621的朝向以及第三引向振子63的水平部631的朝向均垂直于振子夹角的平分线，且第二引向振子62的水平部621的朝向与第三引向振子63的水平部631的朝向相反，可以增大辐射的范围，提高天线的增益，增强天线可靠性。
54.优选的，底板1上设置有外壳7，外壳7用于盖合凸台5，保护凸台5、天线振子3和引向振子6。
55.优选的，外壳7的净空间尺寸为：长95mm
×
宽70mm
×
高21mm，可以很好的限制高度，该用于飞行器上的c波段脉冲天线的高度为17mm，本发明具有体积小，重量轻，结构简单可靠的优点。
56.优选的，第一引向振子61的水平部的长度范围是2mm-6mm，第一引向振子61的水平部611的长度为3mm或5mm，第二引向振子62的水平部621的长度范围是2mm-6mm，第二引向振子62的水平部621的长度为4mm或6mm，第三引向振子63的水平部631的长度范围是2mm-6mm，第三引向振子63的水平部631的长度为4mm或6mm，第一振子部31和第二振子部32的长度均为7.8mm。
57.优选的，凸台5的高度为12.5mm，凸台长度为70mm，第一引向振子61的高度为6mm，第二引向振子62的高度为5mm，第三引向振子63的高度为7.5mm，第一引向振子61与第二引向振子62之间间隔为30mm，第二引向振子62与第三引向振子63之间间隔为15mm，第一引向振子61与天线振子3之间距离为15mm，天线振子3与第二引向振子62之间距离为15mm，天线振子3与第三引向振子63之间距离为30mm。
58.优选的，第二引向振子62和第三引向振子63的高度相同。
59.优选的，该用于飞行器上的c波段脉冲天线的工作频段为5596.8mhz
±
10mhz。
60.再结合图4、图5和图6，α角为飞行器赤道面的剖分角，其中从飞行器头部向飞行器尾部看，以箭体ⅲ象限为0
°
，逆时针旋转，顺序经过ⅳ、ⅰ、ⅱ象限，共360
°
，β为飞行器子午面的剖分角，以飞行器飞行方向为0
°
，从飞行器头部向飞行器尾部展开，共180
°
。
61.优选的，一天线的剖分角α为：219
°±1°
；另一天线的剖分角α为：39
°±1°
。
62.优选的，该天线安装面圆弧半径：1674.2mm
±
0.5mm。
63.优选的，在一实施例中，飞行器对该天线的设计要求是，在5596.8mhz
±
10mhz的工作频段，天线驻波系数≤1.5，天线极化方式为线极化。
64.天线增益方向图的要求如图7所示，从该图7中可知，在方向角β为40
°‑
60
°
时，天线增益大于-10db，在方向角β为140
°‑
150
°
时，天线增益最大且为-2db。
65.再结合图8，图8是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线一实施例的天线驻波比仿真示意图，横坐标freq为阻抗带宽，竖坐标vswr为驻波比，从图中可以看出该天线在频率为5.5866ghz-5.6066ghz之间的驻波比为1.1770-1.1469，该天线具有较低的反射和驻波比。
66.图9是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中仅具有天线振子，不具有引向振子的方向图，图10是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中具有天线振子，不具有引向振子的增益图，在图9中，p方向(即红色箭头指示方向)为飞行方向，theta表示天线h面上的角度，q方向(即图中绿色线段指示方向，且绿色线段旁边应标示有phi，且后续的附图中绿色线段与此类似，这里不再赘述)垂直于飞行方向，phi表示e面上的角度。图9中的符号标注说明与后续其他方向图相同。
67.在图10中，横坐标theta表示天线h面上的角度，竖坐标gain表示增益，phi表示e面上的角度，h面就是天线最大辐射方向与磁场方向所组成的平面，e面是指天线的最大辐射方向与电场方向所组成的平面。
68.在图9中可以看出，天线最大增益为4.2977db，且上半部分的增益较高且覆盖角度较大，基本符合天线设计要求。在图10中可以看出，phi为30
°
、60
°
、90
°
、120
°
和150
°
时的增益，最高增益基本满足要求，但是最小增益较低，需要进一步优化。
69.以下，通过设置第一引向振子、第二引向振子和第三引向振子改变天线的方向图和增益。
70.在图9和图10所示实施例仅具有天线振子基础上，图11是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第一引向振子的方向图，图12是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第一引向振子的增益图；与上述图9和图10所示的没有引向振子的情况相比，增加第一引向振子后，沿其方向上(theta＝180
°
方向)的最大增益有提高，且最大辐射方向沿-z方向偏移。
71.在图9和图10所示实施例仅具有天线振子基础上，图13是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第二引向振子的方向图，图14是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第二引向振子的增益图；与图9和图10所示的没有引向振子的情况相比，增加第二引向振子后，沿其方向上(theta＝0
°
方向)的最大增益有提高，且最大辐射方向沿+z方向偏移。
72.在图9和图10所示实施例仅具有天线振子基础上，图15是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第三引向振子的方向图。在图15中，左侧第一箭头f1所指示的区域代表了天线在该方向区域的增益较低，需要在上半空间添加引向振子，使得增益提高；而右侧第二箭头f2所指示的区域代表了该部分区域的增益过大，明显大于左侧第一箭头f1所指示区域的天线增益，使得左侧第一箭头f1所指示区域的天线增益不
够。
73.在图9和图10所示实施例仅具有天线振子基础上，图16是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第一引向振子和第二引向振子的方向图，与上面附图15相比，图16中箭头f1所指示区域的增益略微提高，因此可以看出添加引向振子的有益之处。
74.在图9和图10所示实施例仅具有天线振子基础上，图17是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第一引向振子和第三引向振子的方向图，图17中箭头f1所指示区域的增益较低，因此需要在图17所示空间的上半区域添加第二引向振子，使得增益提高。
75.在图9和图10所示实施例仅具有天线振子基础上，图18是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子只有第二引向振子和第三引向振子的方向图，图18中第一箭头f1所指示区域表示的部分非常陡峭，且天线增益过了最大点之后急速下降，因此需要添加第一引向振子，且第一引向振子位于图18所示空间的下半区域，这样可以改善天线的增益，使得该天线满足要求；同时，图18中第二箭头f2所指示区域中方向图绿色十分明显，绿色明显处就是增益很小处，称为零深。
76.图19是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子同时具有第一振子、第二引向振子和第三引向振子的方向图，图20是本发明用于飞行器上的c波段脉冲天线另一实施例中引向振子同时具有第一振子、第二引向振子和第三引向振子的增益图，增加3个引向振子(即第一引向振子、第二引向振子和第三引向振子)后，该天线在+z方向的覆盖增益有明显提高，且theta＝90
°
面上的零深得到改善，指定方向的覆盖率达到最佳效果，设置引向振子后，增益会更加平均，引向振子可以起到将小范围的大增益变为大范围的小增益的作用，即引向振子可以让增益更加平衡化，不会过于“陡峭”。
77.优选的，结合图2实施例，如果不设置凸台，如图21所示，图21所示方向图的整体轮廓的陡峭突变比较明显，表明该方向图的空间分布不均匀、不连续，特别是天线增益在theta＝20
°‑
60
°
和theta＝110
°‑
150
°
处不能保证符合天线增益要求，过于陡峭的原因是天线振子3距离底板1很近，没有增高高度；而通过设置凸台5，增高了天线振子3与底板1之间的距离，同时加设引向振子6(包括第一引向振子61、第二引向振子62和第三引向振子63)，可以把天线方向图往该图示空间的上半区域和下半区域牵引，使得更加满足天线增益要求。
78.基于以上实施例，本发明公开了一种用于飞行器上的c波段脉冲天线，包括底板、介质基板、天线振子和接头，介质基板和接头设置于底板，天线振子设置于介质基板，介质基板上还设置有微带线，微带线连接天线振子和接头，天线振子包括相互连接的第一振子部和第二振子部，第一振子部和第二振子部形成的平面平行于底板。该用于飞行器上的c波段脉冲天线体积小、可靠性强，使得飞行器与地面之间的无线通信传输更为优良可靠。
79.以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。