CN113300102A - 一种用于探空火箭的共形发射天线结构 - Google Patents
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Abstract
一种用于探空火箭的共形发射天线结构，包括两个半圆柱片结构的天线壳体，两个天线壳体对接形成完整的圆环结构，其中，单个天线壳体的外壁上横向均匀分布有偶数个天线阵子，每两个天线阵子之间设置有一个功分器，通过多个功分器对天线信号进行处理，最终形成共形信号，本发明使用圆筒状天线分布，并配置相应数量的天线阵子，实现了探空火箭天线的全向方向特性，为准全向，方向盲区角度增益在‑10dBi以上时控制在最小±3.8°以内，此高精度盲区优化角度有效保证探空火箭在旋转飞行等多姿态情况下火箭飞行过程能与地面准确进行通信，又好又快的完成飞行任务。
Description
技术领域
本发明属于涉及天线结构，尤其涉及一种用于探空火箭的共形发 射天线结构。
背景技术
作为型号必不可少的发射终端，发射天线担负着发射电磁信号的 重要任务。由于探空火箭空间特殊性，发射天线大多需进行共形设计， 共形对方向图的影响较大，因而多数型号共形天线采取定向发射以减 少设计难度，但在某些特殊的应用场合，定向天线不能满足型号任务 的使用要求，需做共形天线的全向方向图设计，以往的发射天线大多 为单振子定向天线，未对发射天线方向图合成技术进行相关研究。在 其他领域的应用中，存在不同方法完成全向接收天线方向图的合成。 例如：可以用希尔伯特滤波器来完成10KHz～190KHz宽带信号数字 移向并相加，实现低频水下通信全向接收新方法；在ESM侦察设备中利用不同方位的多个定向天线合成方法实现全向信号接收性能；基于 幅度叠加信号合成算法，并实现罗兰C信号的接收合成处理；在民航 系统中采用定向接收天线组合的方式，弥补由于遮挡等产生的信号盲 区，解决环境遮蔽对VHF通信设备的影响等等。探空火箭飞行过程中， 存在旋转等多姿态的情况，为有效保证火箭飞行过程能够与地面准确 进行通信，此状态下定向天线不能满足使用要求，需带有全向或准全 向的天线进行通信，而目前所有的全向或准全向的天线依然存在天线 的方向盲区。因此，需要提供新的共形发射天线结构以大大减小天线 的方向盲区。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于探空火箭的共形发 射天线结构。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种用于探空火箭的共形发射天线结构，包括两个 半圆柱片结构的天线壳体，两个天线壳体对接形成完整的圆环结构， 其中，单个天线壳体的外壁上横向均匀分布有偶数个天线阵子，每两 个天线阵子之间设置有一个功分器，通过多个功分器对天线信号进行 处理，最终形成共形信号，使用时，将两个天线壳体对接后安装于探 空火箭的整流罩内，随探空火箭飞行进行信号的收发。
进一步的，所述天线壳体的底部设置有共形金属支架。
进一步的，所述单个天线壳体的外壁上设置的天线阵子个数为8 个，所设置的功分器为7个，其中，4个功分器将8个天线阵子分别两 两连接，2个功分器将连接天线阵子的功分器分别两两连接，最后1 个功分器再与连接有两个功分器的功分器进行连接，进行信号收发 时，通过对两个天线壳体上的最末端功分器进行信号处理。
进一步的，所述功分器为一分二功分器。
进一步的，所述天线外壳的上下两端分别设置有对称分布的多个 螺孔，进行天线外壳的安装时，使用螺钉穿过螺孔将天线外壳紧固安 装于探空火箭的整流罩上。
进一步的，进行安装时，天线外壳相连接的整流罩与探空火箭的 轴线夹角为1.4°。
进一步的，所述天线外壳的厚度为10±1mm。
进一步的，所述天线阵子在两天线外壳相接形成的圆柱环上呈对 称分布。
本发明的有益效果在于：通过本发明的实施，使用圆筒状天线分 布，并配置相应数量的天线阵子，实现了探空火箭天线的全向方向特 性，为准全向，方向盲区角度增益在-10dBi以上时控制在最小±3.8° 以内，此高精度盲区优化角度有效保证探空火箭在旋转飞行等多姿态 情况下火箭飞行过程能与地面准确进行通信，又好又快的完成飞行任 务，为提高天线随系统的高可靠性，在天线基板底部增加共形金属支 架提高抗震性，有利于加强天线的环境适应性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明单个天线外壳上天线阵子与功分器的相互连接关系 示意图；
图3是本发明的天线结构在子午面的天线方向图；
图4是本发明的天线结构在赤道面的天线方向图；
图中：1-天线外壳，2-天线阵子，3-螺孔。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限 于所述。
设计原理
探空火箭共形发射天线其设计原理基于二元阵列的总场叠加，如 下：
设天线单元为对称振子，它们在远区某点产生的电场分别为：
式中N为阵子数。
设这N个对称振子等长，并且是平行或共轴放置，则
多元阵总场为：
作远场近似：对幅度
对相位rN＝rN-1-dcosθ。 且设
式中mi为两单元电流的幅度比，αi为 两单元电流之间的相位差，若αi〉0，则IN滞后于IN-1；若αi〈0，则IN超 前于IN-1；若αi＝0，则IN与IN-1同相位。此时(2)式可写成：
其模值为：
式中：
对于对称阵子：
ψ＝βd cosθ-αi (8)
式中ψ为两个单元辐射场之间的相干相位差，由波程相差和馈电 相位差合成。由(5)式可见多元阵子总场方向图由多部分相乘而得。 第一部分
为单元天线的方向图函数；第二部分
为阵因 子，它与单元间距d、电流幅度比值mi、相位差αi和空间方向角θ有 关，与单元天线无关。因此得方向图相乘原理：由相同单元天线组成 的天线阵的方向图函数等于单元方向图函数与阵因子的乘积。本发明 基于此方向图相乘原理进行探空火箭共形发射天线的结构设计。
如图1-2所示，一种用于探空火箭的共形发射天线结构，包括两 个半圆柱片结构的天线壳体1，两个天线壳体1对接形成完整的圆环结 构，其中，单个天线壳体1的外壁上横向均匀分布有偶数个天线阵子2， 每两个天线阵子之间设置有一个功分器，通过多个功分器对天线信号 进行处理，最终形成共形信号，使用时，将两个天线壳体1对接后安 装于探空火箭的整流罩内，随探空火箭飞行进行信号的收发。
进一步的，所述天线壳体1的底部设置有共形金属支架。
如图2所示，进一步的，所述单个天线壳体1的外壁上设置的天线 阵子2个数为8个，所设置的功分器为7个，其中，4个功分器将8个天 线阵子2分别两两连接，2个功分器将连接天线阵子2的功分器分别两 两连接，最后1个功分器再与连接有两个功分器的功分器进行连接， 进行信号收发时，通过对两个天线壳体上的最末端功分器进行信号处 理。
进一步的，所述功分器为一分二功分器。
进一步的，所述天线外壳1的上下两端分别设置有对称分布的多 个螺孔3，进行天线外壳的安装时，使用螺钉穿过螺孔3将天线外壳紧 固安装于探空火箭的整流罩上。
进一步的，进行安装时，天线外壳1相连接的整流罩与探空火箭 的轴线夹角为1.4°。
进一步的，所述天线外壳1的厚度为10±1mm。
进一步的，所述天线阵子2在两天线外壳1相接形成的圆柱环上呈 对称分布。
具体实施时，探空火箭共形发射天线内径Φ349mm，外径Φ 359mm，高度160mm；天线为双环形筒状，通过上下两排共32个M4 螺钉与设备支架高强度连接固定，天线上开条形通孔，天线安装在整 流罩内，整流罩为复合材料，采用高硅氧缠绕而成。
从图3与图4中可以看出，使用本发明的天线结构，子午面的天线 方向图呈现出较好的“∞”分布，赤道面的天线方向图满足全向方向 图特性，为准全向，方向盲区角度增益在-10dBi以上时控制在最小± 3.8°以内，此高精度盲区优化角度有效保证探空火箭在旋转飞行等 多姿态情况下火箭飞行过程能与地面准确进行通信，又好又快的完成 飞行任务。
Claims (8)
1.一种用于探空火箭的共形发射天线结构，其特征在于：包括两个半圆柱片结构的天线壳体，两个天线壳体对接形成完整的圆环结构，其中，单个天线壳体的外壁上横向均匀分布有偶数个天线阵子，每两个天线阵子之间设置有一个功分器，通过多个功分器对天线信号进行处理，最终形成共形信号，使用时，将两个天线壳体对接后安装于探空火箭的整流罩内，随探空火箭飞行进行信号的收发。
2.如权利要求1所述的用于探空火箭的共形发射天线结构，其特征在于：所述天线壳体的底部设置有共形金属支架。
3.如权利要求1所述的用于探空火箭的共形发射天线结构，其特征在于：所述单个天线壳体的外壁上设置的天线阵子个数为8个，所设置的功分器为7个，其中，4个功分器将8个天线阵子分别两两连接，2个功分器将连接天线阵子的功分器分别两两连接，最后1个功分器再与连接有两个功分器的功分器进行连接，进行信号收发时，通过对两个天线壳体上的最末端功分器进行信号处理。
4.如权利要求1所述的用于探空火箭的共形发射天线结构，其特征在于：所述功分器为一分二功分器。
5.如权利要求1所述的用于探空火箭的共形发射天线结构，其特征在于：所述天线外壳的上下两端分别设置有对称分布的多个螺孔，进行天线外壳的安装时，使用螺钉穿过螺孔将天线外壳紧固安装于探空火箭的整流罩上。
6.如权利要求1所述的用于探空火箭的共形发射天线结构，其特征在于：进行安装时，天线外壳相连接的整流罩与探空火箭的轴线夹角为1.4°。
7.如权利要求1所述的用于探空火箭的共形发射天线结构，其特征在于：所述天线外壳的厚度为10±1mm。
8.如权利要求1所述的用于探空火箭的共形发射天线结构，其特征在于：所述天线阵子在两天线外壳相接形成的圆柱环上呈对称分布。
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