[发明专利]一种结构嵌入式X、Ka波段宽波束热天馈系统

说明书

本发明公开了一种结构嵌入式X、Ka波段宽波束热天馈系统，包括：Ka波段的第一天线和X波段的第二天线，第一天线包括相连接的锥形渐变氧化铝陶瓷介质棒和介质填充矩形波导传输线，第二天线包括相连接的双面印刷偶极子、转化器和基片集成波导传输线，第二天线的基片集成波导传输线顶部金属和第一天线的介质填充矩形波导传输线底部金属共用同一金属面。本发明将两种频段跨度大的天线置于同一天线窗下中心位置，在狭小安装环境中，其能共同工作电性能互不影响，同时将防隔热天线罩同天线进行一体化设计，使得两个天线能够在1000℃以上的高温条件下长时间正常工作且电性能满足要求。通过电磁、热多物理场仿真模拟，电性能和热性能均得到良好效果。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是一种X、Ka波段宽波束热天馈系统。

背景技术

由于应用于飞行器的热天馈技术的研究不仅需要电磁场与天线方面的理论知识，同时还涉及材料、热力学等领域的相关学科知识，目前关于高速飞行器热天馈的专利和文献内容缺乏。

飞行器表面复杂具有极端的环境因素，热天馈系统需要耐高温、耐腐蚀以及力学性能良好的天线罩，这就使得天线罩变得更加厚重以应对复杂的极端环境，从而电磁波的有效辐射面临很大的挑战。这一现象在高频段电磁波部分尤为突出，周围较厚的天线罩以及复杂的安装环境使得“喇叭效应”变得更加严重，其频段愈高，天线的匹配性能和方向图赋形恶化愈加严重，难以实现飞行器所需求的宽波束覆盖的方向图需求。

由于安装空间、恶劣的高温工作环境所限，传统的金属天线如八木天线、对数周期天线以及其他的低剖面驻波天线等都很难满足要求。一方面传统金属天线的尺寸很难容纳在非常狭小的空间内，其重量也不满足要求。常规的金属材料所构成的天线也难以承受上述的高温。另一方面低剖面的驻波天线会因为四周防热、隔热层以及镀金层的覆盖极大的影响其电性能。

文献《弹载耐高温斜波束天线优化设计研究》采用隔热层内贴片空馈的方式进行发射接收电磁波，一定程度上实现了能量的传输并且减小了热量的传导。然而隔热材料通常力学性能较差，加工精度较低，文献的加工方式需要将隔热层分割成多块，这将增加实际加工制造难度，并且当设计的频段在高频时候，需要更多的寄生贴片辐射能能量，这将降低天线总的辐射效率，并且很难在飞行器狭小的安装空间实现多频段。除此之外，在热性能方面，金属的热传导将比陶瓷介质更加恶劣，更多的寄生贴片将恶化热性能。

采用方向图赋性较好的立体式氧化铝陶瓷介质棒天线，并将天线本体嵌入到高速飞行器天线罩的隔热层中，将防隔热天线罩作为辐射的一部分进行一体化设计，从而更好地实现宽波束的方向图赋形要求，是解决上述问题的一种有效途径。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种结构嵌入式X、Ka波段宽波束热天馈系统，能够使得X、Ka波段天线结构紧凑，在有限的小空间实现了宽波束覆盖，并实现两个天线的高隔离度。

发明内容：本发明提供一种结构嵌入式X、Ka波段的宽波束热天馈系统，包括：

Ka波段的第一天线和X波段的第二天线，第一天线包括相连接的锥形渐变氧化铝陶瓷介质棒和介质填充矩形波导传输线，第二天线包括相连接的双面印刷偶极子、转化器和基片集成波导传输线，第二天线的基片集成波导传输线顶部金属和第一天线的介质填充矩形波导传输线底部金属共用同一金属面。

优选的，第一天线还包括同轴探针，同轴探针的内导体部分嵌入介质填充矩形波导传输线，锥形渐变氧化铝陶瓷介质棒下部分嵌入介质填充矩形波导传输线；

第二天线还包括微带传输线，转化器为梯形双面平行带状线，其中，微带传输线、基片集成波导传输线、梯形双面平行带状线、双面印刷偶极子依次连接。

优选的，所述锥形渐变氧化铝陶瓷介质棒包括自下而上依次连接的匹配段、过渡段和辐射段，匹配段和辐射段均为线性过渡结构。

优选的，所述匹配段插入介质填充矩形波导传输线内部。