机载全向通信天线的辐射与散射平衡设计研究

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机载全向通信天线是飞行器与外界进行通信必不可少的器件,而天线作为必须裸露在自由空间中的射频口径,是飞行器的强散射源之一,故天线的低散射设计成为了飞行器隐身设计中必不可少的环节。天线作为电磁波辐射器件,需要向自由空间进行辐射,其辐射性能需要得到首先保障,但在当前隐身性能越来越高的要求下,天线的辐射和散射性能往往很难得到很好地兼顾。本文研究的主要内容是机载全向通信天线的辐射散射平衡设计,在天线设计初期便同时考虑天线的辐射和散射性能,并通过辐射和散射的平衡优化,设计出了一种新型机载全向通信天线,解决了传统机载全向通信天线难以兼顾辐射散射性能的问题。在对全向通信天线的小型化和宽带化手段以及常用的散射缩减方法进行研究和归纳之后,本文先提出了一种具有超宽带特性的内埋式机载全向通信天线,该天线在设计时采用了对其隐身性能有益的小型化、内埋化设计思路,综合利用了顶加载、短路柱、套筒引入、介质加载和集总加载等多种小型化和宽带化技术,实现了接近4倍频的阻抗带宽,且天线实现了内埋化和共形化,在腔体内的剖面高度<0.0618(6),达到了新一代机载全向通信天线的使用要求。且通过和传统机载全向通信天线的散射对比,证明了所提出天线在散射上也具有一定优越性。基于所提出的天线结构,以辐射散射平衡设计思路为指导,本文在另一机载常用通信波段对天线进行了进一步的辐射和散射平衡优化。在结构优化中使用了天线修形等技术。并从天线散射公式出发,针对天线带内散射提出了一种不影响辐射性能的散射缩减方法,实现了带内散射的缩减。最终提出了一种低散射宽带全向通信天线,天线在内埋环境中实现了约26%左右的阻抗带宽,方位面全向增益>-3d Bi,且在X1~X6波段超过40个倍频的超大带宽内实现较低的RCS。并加工测试验证了设计的正确性。
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