一種共形天線陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種共形天線陣列，它包括第一層骨架、第二層骨架、第三層骨架、天線和定位裝置，第一層骨架、第二層骨架、第三層骨架均在同一橢球面內(nèi)，且每一層的傾角均不相同，第一層骨架、第二層骨架與橢球面相切，第三層骨架與第二層骨架的球面切線具有切線夾角a，第一層骨架、第二層骨架、第三層骨架上均開設(shè)有多個天線安裝孔，天線安裝孔周圍的骨架上設(shè)置有多個天線支撐柱，天線上設(shè)置有與天線支撐柱對應(yīng)的安裝孔，天線通過螺釘安裝在天線支撐柱上，且天線位于對應(yīng)的天線安裝孔內(nèi)，定位裝置安裝在第一層骨架的頂部。本發(fā)明的有益效果是：它具有天線輻射均勻度高、安裝方便和天線俯仰角可調(diào)的優(yōu)點。
【專利說明】
一種共形天線陣列
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及共形天線，特別是一種共形天線陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]共形(橢)球面天線陣可實現(xiàn)半球面全方位的輻射。在眾多天線系統(tǒng)中具有不可比擬的優(yōu)勢?？捎糜诘孛嫱ㄐ畔到y(tǒng)，機載、車載動中通系統(tǒng)，同時也能應(yīng)用于雷達、定位、導(dǎo)航領(lǐng)域。
[0003]共形天線陣有很多種類，有錐形陣，球面陣，圓柱陣等。它具備常規(guī)平面天線陣的特性，同時也有很多不同之處。
[0004]平面陣已經(jīng)很成熟應(yīng)用于多個領(lǐng)域，但其掃描角一般最多到60°左右。而球面陣可以全方位覆蓋。這在衛(wèi)星跟蹤，通信等領(lǐng)域能很好發(fā)揮作用。在達到同樣寬輻射角度的條件下，共形球面陣在體積、功耗、成本方面有很大的優(yōu)勢。但是球面陣的設(shè)計要求很高。相對于平面陣，其陣元分布不均勻，方向圖分析變得復(fù)雜。對于較大曲率半徑的陣列要想獲得低副瓣的方向圖，必須分配好各個陣元的位置，以使得所有陣元能夠有效指向制定的方向。同時非平面的的陣元輻射極化不整齊，因此可能導(dǎo)致交叉極化很高。
[0005](橢)球面結(jié)構(gòu)在加工方面難度較大，且成本很高，其設(shè)計難點主要有以下幾點:1、(橢)球面共形天線單元特性及單元間的互耦分析困難，2、共形陣列天線方向圖綜合困難，
3、共形陣列天線極化控制困難，4、波束形成和控制復(fù)雜，5、測試(校準)困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種天線輻射均勻度高、安裝方便和天線俯仰角可調(diào)的共形天線陣列。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種共形天線陣列，它包括第一層骨架、第二層骨架、第三層骨架、天線和定位裝置，所述的第一層骨架、第二層骨架、第三層骨架均在同一橢球面內(nèi)，且每一層的傾角均不相同，所述的第一層骨架、第二層骨架與橢球面相切，第三層骨架與第二層骨架的球面切線具有切線夾角a，所述的第一層骨架、第二層骨架、第三層骨架上均開設(shè)有多個天線安裝孔，所述的天線安裝孔周圍的骨架上設(shè)置有多個天線支撐柱，所述的天線上設(shè)置有與天線支撐柱對應(yīng)的安裝孔，所述的天線通過螺釘安裝在天線支撐柱上，且天線位于對應(yīng)的天線安裝孔內(nèi)，所述的定位裝置安裝在第一層骨架的頂部。
[0008]所述的第一層骨架上均勻安裝有四個天線，所述的第二層骨架上均勻安裝有八個天線，所述的第三層骨架上均勻安裝有十一個天線。
[0009]所述的第一層骨架的頂部還開設(shè)有一定位裝置安裝孔，在定位裝置安裝孔周圍的骨架上還設(shè)置有四個用以安裝定位裝置的定位裝置定位柱。
[0010]所述的第一層骨架的頂部為圓頂結(jié)構(gòu)。
[0011]所述的第一層骨架和第二層骨架的相接環(huán)上以及第二層骨架和第三層骨架的相接環(huán)上均開設(shè)有減重孔。
[0012]所述的第三層骨架底部的外側(cè)壁上設(shè)置有多個均勻分布的天線骨架安裝座，天線骨架安裝座上開設(shè)有螺紋通孔。
[0013]所述的切線夾角a為10°。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明的共形天線陣列分為三層骨架，在骨架上開設(shè)有實現(xiàn)天線球面布陣的23個天線安裝孔，且每一層骨架之間具有不同的傾角，從而改善了天線輻射的均勻性即掃描范圍內(nèi)的增益平坦度，且骨架采用縷空結(jié)構(gòu)，即保證了骨架的性能，又降低了骨架的用料成本和重量;第一層骨架采用圓頂結(jié)構(gòu)，從而保證了天線安裝骨架的受力均勻性，從而提高了天線安裝骨架的穩(wěn)定性，并且天線的俯仰角度可調(diào)，從而可根據(jù)實際需求，調(diào)節(jié)天線的俯仰角，提高天線陣列的通用性。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明第一層骨架、第二層骨架、第三層骨架的連接示意圖圖3為天線的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，1-第一層骨架，2-第二層骨架，3-第三層骨架，4-天線安裝孔，5-定位裝置安裝孔，6-天線支撐柱，7-天線骨架安裝座，8-減重孔，9-定位裝置定位柱，10-定位裝置，11-天線，12-安裝孔。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述: 如圖1?圖3所示，一種共形天線陣列，它包括第一層骨架1、第二層骨架2、第三層骨架3、
天線11和定位裝置10，所述的第一層骨架1、第二層骨架2、第三層骨架3均在同一橢球面內(nèi)，且每一層的傾角均不相同，所述的第一層骨架1、第二層骨架2與橢球面相切，第三層骨架3與第二層骨架I的球面切線具有切線夾角a，優(yōu)選的，切線夾角a為10°，通過這種方式，可以改善天線輻射的均勻性即掃描范圍內(nèi)的增益平坦度，在實際過程中，第一層骨架1、第二層骨架2和第三層骨架3并不僅限于橢球面，也可以是球面，所述的第一層骨架1、第二層骨架
2、第三層骨架3上均開設(shè)有多個天線安裝孔4，所述的天線安裝孔4周圍的骨架上設(shè)置有多個天線支撐柱6，在本實施例中，天線支撐柱6為四個，所述的天線11上設(shè)置有與天線支撐柱6對應(yīng)的安裝孔12，進一步的，天線11的外圓上開設(shè)有四個凸塊，安裝孔12對應(yīng)開設(shè)在凸塊上，所述的天線11通過螺釘安裝在天線支撐柱6上，在安裝時，天線支撐柱6的高度可以改變，從而可以通過改變天線支撐柱6的高度來改變天線單元的俯仰角，為滿足天線支撐柱6的調(diào)節(jié)，可采用天線支撐柱6與第一層骨架1、第二層骨架2、第三層骨架3螺紋連接的方式安裝，通過調(diào)整天線支撐柱6的旋入量來調(diào)節(jié)天線支撐柱6的高度，所述的天線11位于對應(yīng)的天線安裝孔4內(nèi)，所述的定位裝置10安裝在第一層骨架I的頂部，在本實施例中，所述的第一層骨架1、第二層骨架2、第三層骨架3采用3D打印技術(shù)制作，與傳統(tǒng)工藝相比，其加工效率高、加工精度高和生產(chǎn)成本低。
[0017]在本實施例中，所述的第一層骨架I上均勻安裝有四個天線11，所述的第二層骨架2上均勻安裝有八個天線，所述的第三層骨架3上均勻安裝有十一個天線11，因此天線11總計23個，而23個天線，是滿足要求下得到的最小單元數(shù)，而這個雖小單元數(shù)是在整體指標的要求下，以單元個數(shù)、位置等為變量，單元間距、橢球大小等為約束條件，將單元方向圖等效成點源方向圖用遺傳算法進行優(yōu)化而得到的，其具體思路如下:
首先從系統(tǒng)指標出發(fā)，分解出共形天線所需達到的指標要求。然后，從天線的指標要求分析所需的天線單元特性以及共形天線陣列的拓撲結(jié)構(gòu)。進而通過優(yōu)化算法確定所需的單元方向圖，然后進一步對共形陣列拓撲結(jié)構(gòu)布局進行優(yōu)化。天線陣列工作在S波段，帶寬為10%，掃描范圍為俯仰角-75°到75°，方位角0°-360°。天線陣列在掃描范圍內(nèi)的增益要大于13dBi，增益平坦度小于ldB。天線陣列能同時支持雙圓極化工作模式，且其軸比小于3dB。同時天線應(yīng)該能同時接受多于三個衛(wèi)星情報的能力。
[0018]顯然，對一個共形相控陣來說，其首先應(yīng)該被限制在一定的空間上，在這里我們限定其范圍在一個直徑小于300mm的半球內(nèi)。同時為了節(jié)約共形相控陣天線的成本，單元數(shù)和其位置是我們優(yōu)化的一個重要變量。其增益和增益平坦度是非常重要的優(yōu)化目標。首先，擬定一個天線單元方向圖，現(xiàn)在有兩個變量:每個單元的位置坐標(X，y, z)和天線單元的總數(shù)N。陣列的每個單元不能相交，其大小在限定在半球的半徑必須小于R，也就是說，每一個單元的坐標控制在一定的范圍之內(nèi)。另外，在整個上半空域，天線增益的優(yōu)化結(jié)果必須大于13 dBi，并且增益平坦度小于I dB。我們使用遺傳算法對單元的分布以及單元數(shù)量進行優(yōu)化。如果這個擬定的單元方向圖不能優(yōu)化出滿足要求的結(jié)構(gòu)，對單元天線的方向圖進行調(diào)整，選擇一個新的方向圖重新進行優(yōu)化。在優(yōu)化目標達到我們要求之后，我們按著擬定的方向圖去設(shè)計我們所需的單元方向圖，將此設(shè)計好的天線單元按照優(yōu)化的拓撲結(jié)構(gòu)進行排布，最后利用全波分析軟件進行整體分析和優(yōu)化。
[0019]在本實施例中，所述的第一層骨架I的頂部還開設(shè)有一定位裝置安裝孔5，在定位裝置安裝孔5周圍的骨架上還設(shè)置有四個用以安裝定位裝置10的定位裝置定位柱9，定位裝置10采用GPS定位，進一步的，所述的第一層骨架I的頂部為圓頂結(jié)構(gòu)，其圓頂機構(gòu)的穹拱式的造型具有四周傳力的特點，這樣能在滿足相同受力的基礎(chǔ)上將支架的壁厚盡量減薄，從而降低天線安裝骨架的重量。
[0020]在本實施例中，所述的第一層骨架I和第二層骨架2的相接環(huán)上以及第二層骨架2和第三層骨架3的相接環(huán)上均開設(shè)有減重孔8，即第一層骨架1、第二層骨架2和第三層骨架3采用縷空設(shè)計，這樣不僅可以降低天線安裝骨架的重量，而且還可保證天線安裝骨架的受力均勻性，從而提高了天線安裝骨架的穩(wěn)定性。
[0021]在本實施例中，所述的第三層骨架3底部的外側(cè)壁上設(shè)置有多個均勻分布的天線骨架安裝座7，天線骨架安裝座7上開設(shè)有螺紋通孔，以便于天線安裝骨架的安裝。
[0022]在本實施例中，第一層骨架1、第二層骨架2、第三層骨架3的機構(gòu)較為復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的加工方式，其加工精度得不到滿足，而且加工難度非常大，因此本發(fā)明的骨架均采用3D加工技術(shù)加工而成。
【主權(quán)項】
1.一種共形天線陣列，其特征在于:它包括第一層骨架(I)、第二層骨架(2)、第三層骨架(3)、天線(11)和定位裝置(10)，所述的第一層骨架(1)、第二層骨架(2)、第三層骨架(3)均在同一橢球面內(nèi)，且每一層的傾角均不相同，所述的第一層骨架(I)、第二層骨架(2)與橢球面相切，第三層骨架(3)與第二層骨架(I)的球面切線具有切線夾角a，所述的第一層骨架(1)、第二層骨架(2)、第三層骨架(3)上均開設(shè)有多個天線安裝孔(4)，所述的天線安裝孔(4)周圍的骨架上設(shè)置有多個天線支撐柱(6)，所述的天線(11)上設(shè)置有與天線支撐柱(6)對應(yīng)的安裝孔(12)，所述的天線(11)通過螺釘安裝在天線支撐柱(6)上，且天線(11)位于對應(yīng)的天線安裝孔(4)內(nèi)，所述的定位裝置(10)安裝在第一層骨架(I)的頂部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共形天線陣列，其特征在于:所述的第一層骨架(I)上均勻安裝有四個天線(11)，所述的第二層骨架(2)上均勻安裝有八個天線，所述的第三層骨架(3)上均勾安裝有^ 個天線(11)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共形天線陣列，其特征在于:所述的第一層骨架(I)的頂部還開設(shè)有一定位裝置安裝孔(5)，在定位裝置安裝孔(5)周圍的骨架上還設(shè)置有四個用以安裝定位裝置(10)的定位裝置定位柱(9)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共形天線陣列，其特征在于:所述的第一層骨架(I)的頂部為圓頂結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共形天線陣列，其特征在于:所述的第一層骨架(I)和第二層骨架(2)的相接環(huán)上以及第二層骨架(2)和第三層骨架(3)的相接環(huán)上均開設(shè)有減重孔(8)06.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共形天線陣列，其特征在于:所述的第三層骨架(3)底部的外側(cè)壁上設(shè)置有多個均勻分布的天線骨架安裝座(7)，天線骨架安裝座(7)上開設(shè)有螺紋通孔。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共形天線陣列，其特征在于:所述的切線夾角a為10°。
【文檔編號】H01Q21/06GK105958216SQ201610545230
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】燕標, 蘭偉, 吳亞飛
【申請人】成都泰格微電子研究所有限責任公司