一种C频段方向图赋形耦合热天线制造技术

本发明专利技术提出了一种C频段方向图赋形耦合热天线，通过多层耦合寄生辐射单元结构设计，提高了天线的等效辐射口面，在满足热环境要求的前提下，有效提高了天线的方向图覆盖性能；通过馈电网络设计结合多层辐射结构设计，对天线方向图进行赋形，实现了更符合测控链路需求的低仰角高增益方向图的覆盖特性；多层耦合寄生辐射贴片之间无直接金属连接，贴片基材与天线隔热材料实现复用，从而实现了热电一体化设计，在满足天线辐射要求的同时起到了阻隔外部热环境的作用，此天线技术可以推广到L、S、C、X、Ku、Ka等测控频段赋形热天线的设计中，对赋形热天线设计提供了良好的参考依据，具有很强的实用意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种C频段方向图赋形耦合热天线，属于热天馈

技术介绍
在飞行器测控领域，天线作为无线测控前端，需要同时满足飞行器飞行过程中的 热环境要求和测控链路对天线方向图覆盖性能要求。传统天馈技术在厚防隔热天线窗覆盖 下，其方向图覆盖性能受到较大制约，尤其在天线低仰角范围方向图增益进一步降低，增大 了测控链路收发数据的风险。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，一种C频段方向图赋形耦合热天 线，此种耦合热天线，通过馈电网络设计结合多层辐射结构设计实现了天线方向图赋形，实 现了低仰角高增益全向福射方向图，在天线法向60°到90°的低仰角范围内，天线增益较 传统设计方案提高了 3~5dB。通过耦合馈电方式及多层耦合寄生辐射单元结构有效阻隔 了外部的热量向天线内部传导。从而保证了天线的防隔热及耐高温性能，解决传统天馈技 术在厚防隔热天线窗覆盖下，其方向图覆盖性能受到较大制约的问题。 本专利技术解决的技术方案为：一种C频段方向图赋形耦合热天线，包括：方向图赋形 馈电网络、多层寄生单元辐射结构、天线腔体、防隔热天线窗； 方向图赋形馈电网络，包括：四个T形辐射振子（9)、覆铜印制板（12)、、射频连接 器（17)、馈电网络的接地面（19)、馈电网络带线结构（20); 多层寄生单元辐射结构，包括：第三辐射单元(6)、第二辐射单元（7)、第一辐射单 元⑶； 天线腔体，包括：天线压环（10)、天线底座（11)、馈电网络底板（14) 防隔热天线窗，包括防热天线窗（1)、第一隔热层（2)、第二隔热层（3)、第三隔热 层（4)、第四隔热层（5); 馈电网络带线结构（20)包括：输入端（2000)、第一输出端（2001)、第二输出端 (2002)、第三输出端（2003)、第四输出端（2004);第一微带线（2005)、第二微带线（2006)、 第三微带线（2007);第一微带线（2005)的一端连接输入端（2000)，第一微带线（2005)的 另一端连接第二微带线（2006)和第三微带线（2007)的交叉点；第二微带线（2006)和第三 微带线（2007)的中点连接形成交叉点，该交叉点位于馈电网络带线结构（20)的中心，且第 二微带线（2006)和第三微带线（2007)呈90度角，第二微带线（2006)的一端连接第一输 出端（2001)、第二微带线（2006)的另一端连接第二输出端（2002)、第三微带线（2007)的 一端连接第三输出端（2003)、第三微带线（2007)的另一端连接第四输出端（2004); 覆铜印制板（12)为双面覆铜层，馈电网络带线结构（20)，印刷在在覆铜印制板 (12)的底面；馈电网络的接地面（19)印制在覆铜印制板（12)的上表面，射频连接器（17) 的探针与馈电网络带线结构（20)的输入端（2000)焊接相连；馈电网络的接地面（19)的中 心位置与第一输出端（2001)、第二输出端（2002)、第三输出端（2003)、第四输出端（2004) 对应的位置，设有4个过孔，且过孔内壁和周围均无金属层；馈电网络的接地面（19)上除过 孔内壁和周围均为金属层； 第一隔热层⑵、第二隔热层（3)、第三隔热层（4)和第四隔热层（5)由上到下依 次顺序排列，且第四隔热层（5)卡在天线底座（11)的侧壁的顶部，第三辐射单元（6)安装 在第一隔热层（2)和第二隔热层（3)之间，且第三辐射单元（6)涂覆在第二隔热层（3)的 上表面；第二辐射单元（7)安装在第二隔热层（3)和第三隔热层（4)之间，且第四辐射单元 (7) 涂覆在第三隔热层（4)的上表面；第一辐射单元（8)安装在第三隔热层（4)和第四隔 热层（5)之间，且第一辐射单元（8)涂覆在第四隔热层（5)上表面； 防热天线窗（1)包括上壁和侧壁，上壁和侧壁形成中空腔体，防热天线窗（1)的下 面为开口，侧壁底部外侧设有两个翻边； 多层寄生单元辐射结构和第一隔热层（2)、第二隔热层（3)、第三隔热层（4)、第四 隔热层（5)安装在防热天线窗（1)的中空腔体内，且与防热天线窗（1)的上壁和侧壁内侧 贴合； 天线底座（11)包括侧壁、底壁，侧壁和底壁形成中空腔体，侧壁的顶部设有向外 延伸的平台；天线底座（11)的侧壁内侧有四个对称的突台；底壁是可拆卸的； 天线压环（10)，通过防热天线窗（1)上设有的翻边，将防热天线窗（1)压合在天线 底座（11)上设有的向外延伸的平台上，且天线压环（10)与天线底座（11)通过螺钉固定连 接； 覆铜印制板（12)的边缘螺钉固定在天线底座（11)的侧壁内侧的四个对称的突台 上； 四个T形辐射振子（9)分别包括：馈电柱和辐射端帽，馈电柱和辐射端帽铸造 一体，四个馈电柱的一端与辐射端帽的一面连接，，四个馈电柱的另一端穿过覆铜印制板 (12)，焊接在馈电网络带线结构（20)的第一输出端（2001)、第二输出端（2002)、第三输出 端（2003)、第四输出端（2004)，辐射端帽的另一面与第四隔热层（5)的下表面接触； 射频信号从射频连接器（17)通过馈电网络带线结构（20)的输入端（2000)馈入， 从第一输出端（2001)、第二输出端（2002)、第三输出端（2003)、第四输出端（2004)等幅同 相输出至四个T形辐射振子（9)，四个T形辐射振子（9)将第一输出端（2001)、第二输出端 (2002)、第三输出端（2003)、第四输出端（2004)输出的射频信号辐射耦合至第一辐射单元 (8) ，再由第一辐射单元（8)向上辐射至第二辐射单元（7)，再由第二辐射单元（7)辐射至第 三辐射单元(6)，通过三层辐射单元的辐射叠加，将射频信号辐射至空间，形成测控所需的 方向图。 本专利技术与现有技术相比的优点在于： (1)本专利技术通过采用既透波又耐热天线窗，能够耐受防热天线窗外的300到1200 摄氏度的高温环境。 (2)本专利技术通过采用第一隔热层、第二隔热层、第三隔热层、第四隔热层的隔热瓦 隔热结构形式，有效隔绝了进入防热天线窗内的热量向天线后端的热传导。 (3)本专利技术通过设计第一隔热层的厚度为第二隔热层、第三隔热层、第四隔热层的 多倍；第二隔热层、第三隔热层、第四隔热层的厚度完全相同。使寄生辐射贴片满足工作频 率的耦合工作特征，能够形成有效辐射。 (4)本专利技术通过设计四个T形辐射振子的长度为天线工作波长的1/8至1/4,使T 形福射振子能够在工作频率上对上方的寄生福射单元形成有效福射。 (5)本专利技术通过设计四个T形辐射振子的馈电柱的直径不超过4mm，保证下端馈电 网络与T形辐射振子阻抗匹配，形成良好的信号传输。 (6)本专利技术通过设计T形辐射振子的辐射端帽形状为扁圆柱形，并设计直径为 1/12至1/20工作波长保证T形辐射振子的辐射特性。 (7)本专利技术通过设计四个T形辐射振子之间的间距为工作波长的1/6至1/3,保证 四个T形辐射振子形成满足阵列合成特点的辐射。 (8)本专利技术通过设计第二隔热层、第三隔热层、第四隔热层的厚度为为工作波长的 1/5至1/10,保证了每层寄生辐射单元的间距满足耦合辐射有理想的耦合强度。 (9)本专利技术通过设计第一福射单元为中空回字形，外圈圈尺寸为40mmX40mm的正 方形，内圈尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种C频段方向图赋形耦合热天线，其特征在于包括：方向图赋形馈电网络、多层寄生单元辐射结构、天线腔体、防隔热天线窗；方向图赋形馈电网络，包括：四个T形辐射振子(9)、覆铜印制板(12)、、射频连接器(17)、馈电网络的接地面(19)、馈电网络带线结构(20)；多层寄生单元辐射结构，包括：第三辐射单元(6)、第二辐射单元(7)、第一辐射单元(8)；天线腔体，包括：天线压环(10)、天线底座(11)、馈电网络底板(14)防隔热天线窗，包括防热天线窗(1)、第一隔热层(2)、第二隔热层(3)、第三隔热层(4)、第四隔热层(5)；馈电网络带线结构(20)包括：输入端(2000)、第一输出端(2001)、第二输出端(2002)、第三输出端(2003)、第四输出端(2004)；第一微带线(2005)、第二微带线(2006)、第三微带线(2007)；第一微带线(2005)的一端连接输入端(2000)，第一微带线(2005)的另一端连接第二微带线(2006)和第三微带线(2007)的交叉点；第二微带线(2006)和第三微带线(2007)的中点连接形成交叉点，该交叉点位于馈电网络带线结构(20)的中心，且第二微带线(2006)和第三微带线(2007)呈90度角，第二微带线(2006)的一端连接第一输出端(2001)、第二微带线(2006)的另一端连接第二输出端(2002)、第三微带线(2007)的一端连接第三输出端(2003)、第三微带线(2007)的另一端连接第四输出端(2004)；覆铜印制板(12)为双面覆铜层，馈电网络带线结构(20)，印刷在在覆铜印制板(12)的底面；馈电网络的接地面(19)印制在覆铜印制板(12)的上表面，射频连接器(17)的探针与馈电网络带线结构(20)的输入端(2000)焊接相连；馈电网络的接地面(19)的中心位置与第一输出端(2001)、第二输出端(2002)、第三输出端(2003)、第四输出端(2004)对应的位置，设有4个过孔，且过孔内壁和周围均无金属层；馈电网络的接地面(19)上除过孔内壁和周围均为金属层；第一隔热层(2)、第二隔热层(3)、第三隔热层(4)和第四隔热层(5)由上到下依次顺序排列，且第四隔热层(5)卡在天线底座(11)的侧壁的顶部，第三辐射单元(6)安装在第一隔热层(2)和第二隔热层(3)之间，且第三辐射单元(6)涂覆在第二隔热层(3)的上表面；第二辐射单元(7)安装在第二隔热层(3)和第三隔热层(4)之间，且第四辐射单元(7)涂覆在第三隔热层(4)的上表面；第一辐射单元(8)安装在第三隔热层(4)和第四隔热层(5)之间，且第一辐射单元(8)涂覆在第四隔热层(5)上表面；防热天线窗(1)包括上壁和侧壁，上壁和侧壁形成中空腔体，防热天线窗(1)的下面为开口，侧壁底部外侧设有两个翻边；多层寄生单元辐射结构和第一隔热层(2)、第二隔热层(3)、第三隔热层(4)、第四隔热层(5)安装在防热天线窗(1)的中空腔体内，且与防热天线窗(1)的上壁和侧壁内侧贴合；天线底座(11)包括侧壁、底壁，侧壁和底壁形成中空腔体，侧壁的顶部设有向外延伸的平台；天线底座(11)的侧壁内侧有四个对称的突台；底壁是可拆卸的；天线压环(10)，通过防热天线窗(1)上设有的翻边，将防热天线窗(1)压合在天线底座(11)上设有的向外延伸的平台上，且天线压环(10)与天线底座(11)通过螺钉固定连接；覆铜印制板(12)的边缘螺钉固定在天线底座(11)的侧壁内侧的四个对称的突台上；四个T形辐射振子(9)分别包括：馈电柱和辐射端帽，馈电柱和辐射端帽铸造一体，四个馈电柱的一端与辐射端帽的一面连接，，四个馈电柱的另一端穿过覆铜印制板(12)，焊接在馈电网络带线结构(20)的第一输出端(2001)、第二输出端(2002)、第三输出端(2003)、第四输出端(2004)，辐射端帽的另一面与第四隔热层(5)的下表面接触；射频信号从射频连接器(17)通过馈电网络带线结构(20)的输入端(2000)馈入，从第一输出端(2001)、第二输出端(2002)、第三输出端(2003)、第四输出端(2004)等幅同相输出至四个T形辐射振子(9)，四个T形辐射振子(9)将第一输出端(2001)、第二输出端(2002)、第三输出端(2003)、第四输出端(2004)输出的射频信号辐射耦合至第一辐射单元(8)，再由第一辐射单元(8)向上辐射至第二辐射单元(7)，再由第二辐射单元(7)辐射至第三辐射单元(6)，通过三层辐射单元的辐射叠加，将射频信号辐射至空间，形成测控所需的方向图。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，王煊，杨博昆，谢叶贵，李欣冀，王健，郑颖，邝浩欣，张鹏，陈海英，高凯，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11