弹载宽带共形天线的研究与设计

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在现代信息化战争中,精确制导技术及武器的性能要求越来越高。而在弹载、机载等特殊安装条件下,装备的安装空间更加紧张,导弹表面安装的天线必须具有低剖面的物理特性才能与导弹的表面共形安装,以实现不破坏导弹的飞行性能的目的。因此,宽带的共形天线越来越受到青睐。本文以主被动复合导引头为载体,以对数周期天线和Vivaldi天线为选型天线,设计了共形于圆台金属表面的对数周期天线和Vivaldi天线,并在此基础上进行了小型化设计,使天线能够组成六元天线阵列。主要研究内容如下:首先,选用了印制板型对踵Vivaldi天线作为共形天线的方案。基于对踵Vivaldi天线共形后天线性能急剧恶化的情况,创新性地提出了辐射更稳定、结构更简单的全金属结构的Vivaldi天线共形于弹体表面。为了提高天线增益并降低天线驻波,采用天线侧面开“Y”形槽的方式对天线进行优化设计。并在共形时引入吸波材料作为天线与金属弹体间的填充物,仿真结果表明天线的辐射性能和匹配性能有较大提高。其次,设计了微带型对数周期天线,将其共形于圆台金属载体表面。出于组阵需要对最长的四对振子进行小型化设计,创新性地引入了树状分形结构对共形对数周期天线进行分形设计,分形后天线横向最大尺寸减小了约47%,而天线的电性能仍然满足增益大于5.5d B的波束宽度实现60度的技术指标,将分形后的天线共形于圆台形金属弹体表面组成六元天线阵列,从而实现天线阵列的全向辐射。另外设计了加载电感结构的对数周期天线,通过加载电感的形式使振子横向尺寸减小。通过比较两种小型化方式的优缺点和天线性能,得出最优的天线设计方案并加工测试了天线样机,实测结果与仿真结果相吻合,满足技术指标要求。本文通过对数周期天线和Vivaldi天线两种形式,分别做了天线共形方面的研究设计。通过对Vivaldi天线采用全金属结构开“Y”形槽设计实现提高增益的目的,将天线组成六元阵列,阵列中的天线单元其增益和波束宽度满足5.5d B大于60度的技术指标;对微带型对数周天线采用树状分形结构实现小型化的目的,加工并测试了天线样机,满足技术指标要求。
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