一种耐高温耦合馈电微带八木天线

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种耐高温耦合馈电微带八木天线。


背景技术：

2.八木天线是一种端射天线，具有高增益、高前后比和端射等优点，但是传统的八木天线不易与高速飞行器共形，且高速飞行器的气动热现象产生的高温会使得天线性能剧烈恶化；目前耐高温天线主要从两个方面进行考虑，一个是选取耐高温材料，另一个是从天线的结构上来考虑使天线具备耐高温性能，因此，如何设计得到能应用用于高速飞行器上的天线是目前需要考虑的。
3.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种耐高温耦合馈电微带八木天线，解决了传统八木天线不易与高速飞行器共形，且高速飞行器的气动热现象产生的高温会使得天线性能剧烈恶化的问题。
5.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种耐高温耦合馈电微带八木天线，它包括介质层，在介质层上表面敷高温钛合金并蚀刻有反射贴片、有源贴片以及多个引向贴片，在介质层的下方依次设置有公共接地层、馈电层和口径耦合馈电结构，口径耦合馈电结构与位于介质层上表面的热量产生源之间间隔有天线罩、介质层、公共接地层和馈电层，增加了热源与口径耦合馈电结构之间的距离，使得传递到口径耦合馈电结构的热量减少，降低了口径耦合馈电结构的温度。
6.所述口径耦合馈电结构包括蚀刻在馈电层的下表面且末端处于开路形式的馈电微带线，在馈电微带线的一侧设置有同轴线，同轴线的内外导体分别接馈电微带线和公共接地板实现口径耦合馈电，馈电微带线和同轴线与位于介质层上表面的热量产生源之间间隔有天线罩、介质层、公共接地层和馈电层，增加了热源与馈电微带线和同轴线之间的距离，使得传递到馈电微带线和同轴线的热量减少，降低了馈电微带线和同轴线的温度。
7.所述介质层和馈电层均采用耐高温的石英陶瓷材质，室温下介质层和馈电层的介电常数为3.78，损耗角正切为0.008，高温下介质层和馈电层的介电常数为4.1，损耗角正切为0.02，电参数随温度变化小，更加使得传递到馈电微带线和同轴线的热量减少，降低了馈电微带线和同轴线的温度。
8.多个引向贴片包括第一组引向贴片和第二组引向贴片，第一组引向贴片包括第一引向贴片和第二引向贴片，第二组引向贴片包括第三引向贴片和第四引向贴片；所述反射贴片设置于有源贴片的一侧，第一组引向贴片和第二组引向贴片依次设置于有源贴片的另一侧且第一组引向贴片位于有源贴片和第二组引向贴片之间。
9.所述第一引向贴片和第二引向贴片设置于有源贴片的后方，且第一引向贴片与有
源贴片处于同一水平方向，第二引向贴片位于第一引向贴片的斜下方；第三引向贴片设置于第一引向贴片的斜后方且与第一引向贴片处于同一水平方向，第四引向贴片设置于第二引向贴片的斜后方且与第二引向贴片处于同一水平方向；第一引向贴片和第二引向贴片之间的距离小于第三引向贴片和第四引向贴片之间的距离；通过调节调节有源贴片与反射贴片、第一组引向贴片、第二组引向贴片之间的间距，以及分别调节两组引向贴片在水平和垂直方向上的间距来使得天线的阻抗带宽、方向性、增益和前后比的性能变好。
10.本发明具有以下优点：一种耐高温耦合馈电微带八木天线，采用了石英陶瓷作为天线的承载层和馈电层，能保证在高温条件下天线的电性能恶化小，而且采用口径耦合馈电的方式减小机体最外层的高温对天线馈电结构的影响，提升天线的耐高温性能。
附图说明
11.图1 为本发明结构的正视图；图2 为本发明结构的俯视图；图3 为本发明热仿真结果示意图；图4 为本发明在高低温条件下的反射系数对比曲线图；图5 为本发明在高低温条件下5.5ghz的e面方向对比图；图中：1-有源贴片，2-第一引向贴片，3-第二引向贴片，4-第三引向贴片，5-第四引向贴片，6-反射贴片，7-介质层，8-公共接地板，9-馈电层，10-馈电微带线，11-同轴线。
具体实施方式
12.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的保护范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
13.如图1和图2所示，本发明具体涉及一种耐高温耦合馈电微带八木天线，应用于高速飞行器上，其工作在5.21ghz-6.47ghz的范围内，它包括介质层7，在介质层7上表面敷高温钛合金并蚀刻有反射贴片6、有源贴片1以及多个引向贴片，在介质层7的下方依次设置有公共接地层8、馈电层9和口径耦合馈电结构，在公共接地板8上对应有源贴片1正下方的位置开槽；口径耦合馈电结构与位于介质层7上表面的热量产生源之间间隔有天线罩、介质层7、公共接地层8和馈电层9，增加了热源与口径耦合馈电结构之间的距离，使得传递到口径耦合馈电结构的热量减少，降低了口径耦合馈电结构的温度。
14.所述口径耦合馈电结构包括蚀刻在所述馈电层9的下表面且末端处于开路形式的馈电微带线10，在馈电微带线10的一侧设置有同轴线11，同轴线11的内外导体分别接馈电微带线10和公共接地板8实现口径耦合馈电，馈电微带线10和同轴线11与位于介质层7上表面的热量产生源之间间隔有天线罩、介质层7、公共接地层8和馈电层9，增加了热源与馈电微带线10和同轴线11之间的距离，使得传递到馈电微带线10和同轴线11的热量减少，降低
了馈电微带线10和同轴线11的温度。
15.采用口径耦合馈电的方式能够有效提升馈电结构与高速飞行器表面之间的距离，相比于传统的微带馈线直接馈电，多增加了介质层7和馈电层9两层介质的厚度（5mm），如图3所示，从热仿真图中可以看出在天线罩同样为6mm厚度的情况下，耦合馈电方式的馈电结构（11mm处）温度会比微带线直接馈电方式下的馈电结构（5mm处）温度低约150℃左右。
16.进一步地，应用于高速飞行器上的天线的介质材料，首先需要保证天线的基本电性能，即需要满足一定的电参数要求：介电常数在1-4，而损耗角正切在0.001-0.1之间。其次材料还需满足一定的力学性能。此外，更重要的是材料需要有比较高的熔点，同时其电参数随温度变化相对稳定，抗热冲击性能强。
17.因此，本发明介质层7和馈电层9均采用耐高温的石英陶瓷材质，石英陶瓷的熔点在1750℃左右，天线可以承受住1000℃的高温，不会在高温环境下产生结构上的破坏，且其电参数随温度变化稳定；从室温即25℃变化至1000℃，介电常数从3.78变化至4.1，损耗角正切从0.008变化至0.02，变化较小，在高温情况下天线性能不会产生剧烈恶化，更加使得传递到馈电层9和馈电微带线10的热量减少，降低了馈电层9和馈电微带线10的温度；并且其膨胀系数低，抗热冲击性能优秀，可以提升在高温环境下天线的使用寿命；因此，根据高速飞行器外部载荷环境，根据高速飞行器外部荷载环境本发明的介质层7和馈电层9采用耐高温的石英陶瓷材质。
18.多个引向贴片包括第一组引向贴片和第二组引向贴片，第一组引向贴片包括第一引向贴片2和第二引向贴片3，第二组引向贴片包括第三引向贴片4和第四引向贴片5；所述反射贴片6设置于有源贴片1的一侧，第一组引向贴片和第二组引向贴片依次设置于有源贴片1的另一侧且第一组引向贴片位于有源贴片1和第二组引向贴片之间。
19.所述第一引向贴片2和第二引向贴片3设置于有源贴片1的后方，且第一引向贴片2与有源贴片1处于同一水平方向，第二引向贴片3位于第一引向贴片2的斜下方；第三引向贴片4设置于第一引向贴片2的斜后方且与第一引向贴片2处于同一水平方向，第四引向贴片5设置于第二引向贴片3的斜后方且与第二引向贴片3处于同一水平方向；第一引向贴片2和第二引向贴片3之间的距离小于第三引向贴片4和第四引向贴片5之间的距离。
20.本发明一共有两组引向贴片，靠近有源贴片的第一组引向贴片，通过调整两贴片之间的间距，可以改变第一组引向器与有源贴片之间的缝隙电容，从而改变耦合强度，这样摆放第一组引向贴片，可以通过改变第一组引向贴片之间的间距来调节天线波束的方向性以及阻抗带宽。远离有源贴片的第二组引向器，通过改变第二组引向器之间的间距，可以有效地提升天线的增益，因为天线的有效口径变大了，因此整体上可以通过调节有源贴片与反射贴片、第一组引向贴片、第二组引向贴片之间的间距，以及分别调节两组引向贴片之间的间距来使得天线的阻抗带宽、方向性以及增益和前后比的性能变好。
21.进一步地，介质层7的厚度为3mm，尺寸为100mm
×
50mm，馈电层9的厚度为2mm，尺寸为100mm
×
50mm。有源贴片1位于介质层7正中的位置，尺寸为10mm
×
10mm，第一引向贴片2、第二引向贴片3、第三引向贴片4、第四引向贴片5的尺寸都是9.5mm
×
9mm，第一引向贴片2、第二引向贴片3与有源贴片1之间间距为1.6mm，第一引向贴片2、第二引向贴片3之间的间距为1.6mm，第三引向贴片4、第四引向贴片5与第一引向贴片2、第二引向贴片3之间的间距为1.6mm，第三引向贴片4、第四引向贴片5之间的间距为20mm，反射贴片6尺寸为30mm
×
3mm，与
有源贴片1的间距为1.6mm。
22.如图4和图5所示，本发明在5.21ghz-6.47ghz频段上反射系数不超过-10db，在5.5ghz谐振点的e面上最大辐射方向在theta=30
°
，最大增益为6.7dbi，前后比为11.4db，具有端射特性。在1000℃时，工作频带向低频偏移至5.0ghz-6.26ghz，在5.5ghz谐振点的e面上最大辐射方向在theta=37
°
，最大增益为5.9dbi，前后比为10.6db，仍具有端射特性。
23.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种耐高温耦合馈电微带八木天线，其特征在于：它包括介质层（7），在介质层（7）上表面敷高温钛合金并蚀刻有反射贴片（6）、有源贴片（1）以及多个引向贴片，在介质层（7）的下方依次设置有公共接地层（8）、馈电层（9）和口径耦合馈电结构，口径耦合馈电结构与位于介质层（7）上表面的热量产生源之间间隔有天线罩、介质层（7）、公共接地层（8）和馈电层（9），增加了热源与口径耦合馈电结构之间的距离，使得传递到口径耦合馈电结构的热量减少，降低了口径耦合馈电结构的温度。2.根据权利要求1所述的一种耐高温耦合馈电微带八木天线，其特征在于：所述口径耦合馈电结构包括蚀刻在馈电层（9）的下表面且末端处于开路形式的馈电微带线（10），在馈电微带线（10）的一侧设置有同轴线（11），同轴线（11）的内外导体分别接馈电微带线（10）和公共接地板（8）实现口径耦合馈电，馈电微带线（10）和同轴线（11）与位于介质层（7）上表面的热量产生源之间间隔有天线罩、介质层（7）、公共接地层（8）和馈电层（9），增加了热源与馈电微带线（10）和同轴线（11）之间的距离，使得传递到馈电微带线（10）和同轴线（11）的热量减少，降低了馈电微带线（10）和同轴线（11）的温度。3.根据权利要求2所述的一种耐高温耦合馈电微带八木天线，其特征在于：所述介质层（7）和馈电层（9）均采用耐高温的石英陶瓷材质，室温下介质层（7）和馈电层（9）的介电常数为3.78，损耗角正切为0.008，高温下介质层（7）和馈电层（9）的介电常数为4.1，损耗角正切为0.02，电参数随温度变化小，更加使得传递到馈电微带线（10）和同轴线（11）的热量减少，降低了馈电微带线（10）和同轴线（11）的温度。4.根据权利要求1所述的一种耐高温耦合馈电微带八木天线，其特征在于：多个引向贴片包括第一组引向贴片和第二组引向贴片，第一组引向贴片包括第一引向贴片（2）和第二引向贴片（3），第二组引向贴片包括第三引向贴片（4）和第四引向贴片（5）；所述反射贴片（6）设置于有源贴片（1）的一侧，第一组引向贴片和第二组引向贴片依次设置于有源贴片（1）的另一侧且第一组引向贴片位于有源贴片（1）和第二组引向贴片之间。5.根据权利要求4所述的一种耐高温耦合馈电微带八木天线，其特征在于：所述第一引向贴片（2）和第二引向贴片（3）设置于有源贴片（1）的后方，且第一引向贴片（2）与有源贴片（1）处于同一水平方向，第二引向贴片（3）位于第一引向贴片（2）的斜下方；第三引向贴片（4）设置于第一引向贴片（2）的斜后方且与第一引向贴片（2）处于同一水平方向，第四引向贴片（5）设置于第二引向贴片（3）的斜后方且与第二引向贴片（3）处于同一水平方向；第一引向贴片（2）和第二引向贴片（3）之间的距离小于第三引向贴片（4）和第四引向贴片（5）之间的距离；通过调节调节有源贴片（1）与反射贴片（6）、第一组引向贴片、第二组引向贴片之间的间距，以及分别调节两组引向贴片在水平和垂直方向上的间距来使得天线的阻抗带宽、方向性、增益和前后比的性能变好。

技术总结
本发明涉及一种耐高温耦合馈电微带八木天线，它包括介质层，在介质层上表面敷高温钛合金并蚀刻有反射贴片、有源贴片以及多个引向贴片，在介质层的下方依次设置有公共接地层、馈电层和口径耦合馈电结构，口径耦合馈电结构与位于介质层上表面的热量产生源之间间隔有天线罩、介质层、公共接地层和馈电层，增加了热源与口径耦合馈电结构之间的距离，使得传递到口径耦合馈电结构的热量减少，降低了口径耦合馈电结构的温度。本发明采用了石英陶瓷作为天线的承载层和馈电层，能保证在高温条件下天线的电性能恶化小，而且采用口径耦合馈电的方式减小机体最外层的高温对天线馈电结构的影响，提升天线的耐高温性能。提升天线的耐高温性能。提升天线的耐高温性能。


技术研发人员：田逸佳 欧阳骏
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/14