一种小型化无人机载超短波电离层散射通信天线制造技术

本发明专利技术公开了一种小型化无人机载超短波电离层散射通信天线，天线附着在无人机机翼和机体外表面，与无人机一体化共形，包括多边形耦合辐射外环和梯形馈电内环，多边形耦合辐射外环包括上部的方环短路加载线和下部的环形辐射体，在环形辐射体的中部开槽、底边开缝隙槽，梯形馈电内环设置在上述环形辐射体的中部开槽内，是一个中空的梯形环，馈电点置于上底中部。本发明专利技术所公开的天线，为低剖面平面结构，通过导电金属漆将天线印制在无人机外表面，实现与无人机的一体化共形设计，满足无人机飞行的气动性要求；内外双电小环结构，通过内外环的空间耦合馈电实现低频近场谐振，实现天线的小型化设计。小型化设计。小型化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化无人机载超短波电离层散射通信天线


[0001]本专利技术属于天线设计领域，特别涉及该领域中的一种小型化无人机载超短波电离层散射通信天线。

技术介绍

[0002]目前无人机远程超视距通信主要包括短波通信和卫星通信两种方式。短波通信通过电离层反射实现，但其传输速率较低，受昼夜、季节和气候变化等因素的影响，传输信道不稳定，有时根本无法建立通信联络，并且其多跳传播模式导致保密性差，难以满足实际应用中的数据交互需求；卫星通信具有覆盖面广、距离远、容量大，不受地理环境和气候条件限制等特点，但其信号强度弱、高机动易中断，抗干扰能力较差，同时易受敌方监视和攻击，安全性相对较低。亟待发展一种新型的远距离无人机通信方式。
[0003]在距离地面约60~1000 km的大气层中，中性大气在太阳紫外线、X射线和高能粒子的辐射作用下，部分发生电离形成电离层，对在其中传播的无线电波会产生散射、反射、吸收、法拉第旋转等效应，是日地空间环境的重要组成部分。受电离层扰动、大气层湍流运动、高空核爆和流星撞击大气层等影响，电离层中会产生带电离子密度分布的不均匀性，形成类似湍流的不均匀体，其对超短波信号的散射截面积可达到108m2，可形成一种超短波超视距信息传输信道实现信号的定向辐射，大大高于自然电离层，具有保密性好、抗干扰能力强等特点。
[0004]天线是电离层散射通信中用来有效发射或接收信号的关键元件。研究结果表明，电离层散射通信典型频率范围为40~50MHz，信号极化方式为水平极化，通信方式为对空通信；考虑到无人机载应用场景，要求天线为低剖面共形设计，以满足无人机的气动性要求，同时考虑到无人机空中姿态变化，天线需在水平面内实现全向设计。而传统的无人机载超短波天线多用于视距对地通信，工作频率在100MHz以上，采用垂直极化方式，无法用于电离层散射通信系统。此外，超短波频段天线的物理尺寸较大，其安装布局必须适应载机的工作环境条件要求，既不能影响飞机各种性能的发挥，又不能受到飞机飞行状态的影响，要求天线具有很强的环境适应性。亟待专利技术一种可解决上述问题的小型化无人机载电离层散射通信天线。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种小型化无人机载超短波电离层散射通信天线。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：一种小型化无人机载超短波电离层散射通信天线，其改进之处在于：天线附着在无人机机翼和机体外表面，与无人机一体化共形，包括多边形耦合辐射外环和梯形馈电内环，多边形耦合辐射外环包括上部的方环短路加载线和下部的环形辐射体，在环形辐射体的中部开槽、底边开缝隙槽，梯形馈电内环设置在上述环形辐射体的中部开槽内，是一个中
空的梯形环，馈电点置于上底中部。
[0007]进一步的，利用导电金属漆将天线印制在无人机外表面。
[0008]进一步的，环形辐射体由金属面梯形在中部开长方形加梯形槽，在底边开缝隙槽得到。
[0009]进一步的，梯形馈电内环由传输线馈电，耦合激励多边形耦合辐射外环。
[0010]本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开的天线，为低剖面平面结构，通过导电金属漆将天线印制在无人机外表面，实现与无人机的一体化共形设计，满足无人机飞行的气动性要求；内外双电小环结构，通过内外环的空间耦合馈电实现低频近场谐振，实现天线的小型化设计；外环方环短路加载线结构和缝隙槽结构分别等效为电感、电容加载，用于调整天线的端口输入阻抗，实现工作频点的谐振；外环结构通过电流流动方法做横截面调整，补偿方向图水平面的不圆度，实现水平面全向设计，满足无人机电离层散射通信需求。
附图说明
[0011]图1是本专利技术所公开天线与无人机一体化共形的示意图；图2是本专利技术所公开天线的结构图；图3是本专利技术所公开天线中多边形耦合辐射外环的结构图；图4是本专利技术所公开天线中梯形馈电内环的结构图；图5是本专利技术所公开天线的内外环耦合馈电等效电路图；图6(a)是本专利技术所公开天线D1参数的扫描仿真结果图；图6(b)是本专利技术所公开天线D2参数的扫描仿真结果图；图6(c)是本专利技术所公开天线L0参数的扫描仿真结果图；图6(d)是本专利技术所公开天线H0参数的扫描仿真结果图；图7是本专利技术所公开天线的仿真与实测驻波比曲线对比图；图8(a)是本专利技术所公开天线在典型频点0
°
仰角的水平面方向图；图8(b)是本专利技术所公开天线在典型频点5
°
仰角的水平面方向图；图8(c)是本专利技术所公开天线在典型频点15
°
仰角的水平面方向图；图8(d)是本专利技术所公开天线在典型频点25
°
仰角的水平面方向图。
[0012]附图标记：1—多边形耦合辐射外环，11—方环短路加载线，12—环形辐射体，13—槽，14—缝隙槽，2—梯形馈电内环，21—馈电点。
具体实施方式
[0013]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0014]电离层散射通信天线的工作频率较低，其物理尺寸相对较大，而无人机可用物理空间较小，同时为满足气动性要求天线低剖面设计，因此本专利技术天线的设计思路如下：小型化、轻量化、低剖面共形设计；天线安装于无人机机身上方，避免无人机体对空中通信链路的遮挡；天线与平台一体化设计，将平台对天线性能影响考虑在内；天线水平面方向图全向
设计，在无人机姿态变化时保证通信连续性。
[0015]本专利技术公开了一种小型化无人机载超短波电离层散射通信天线，如图1所示，天线附着在无人机机翼和机体外表面，与无人机一体化共形，利用导电金属漆将天线印制在无人机外表面，与机身一体成形，便于工程实施，同时消除对无人机高速飞行状态下气动性能的影响。
[0016]如图2—4所示，包括多边形耦合辐射外环1和梯形馈电内环2，多边形耦合辐射外环包括上部的方环短路加载线11和下部的环形辐射体12，方环短路加载线用于为多边形耦合辐射外环等效电感加载，在环形辐射体的中部开槽13、底边开缝隙槽14，缝隙槽用于为多边形耦合辐射外环提供等效电容加载，两部分的结构尺寸用于调整天线的端口输入阻抗。梯形馈电内环设置在上述环形辐射体的中部开槽内，是一个中空的梯形环，馈电点21置于上底中部。
[0017]环形辐射体由金属面梯形在中部开长方形加梯形槽，在底边开缝隙槽得到。通过长方形加梯形槽的尺寸控制，使电流流动方向的天线面横截面变大，用来补偿电流流动过程中辐射引起的幅度衰减，使天线上的电流分布类似于电小环天线，补偿方向图水平面的不圆度，实现水平面全向辐射，满足无人机水平面全向通信的需求。
[0018]天线内、外环近距离放置，通过内、外环的电感耦合调整天线的输入阻抗（等效电路图如图5所示，其中M为内、外环互耦电感，L
外
、L
内
为外环、内环自身的等效电感，Rr为外环的等效辐射电阻，C为外环缝隙槽的等效电容），实现低频近场谐振，从而提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化无人机载超短波电离层散射通信天线，其特征在于：天线附着在无人机机翼和机体外表面，与无人机一体化共形，包括多边形耦合辐射外环和梯形馈电内环，多边形耦合辐射外环包括上部的方环短路加载线和下部的环形辐射体，在环形辐射体的中部开槽、底边开缝隙槽，梯形馈电内环设置在上述环形辐射体的中部开槽内，是一个中空的梯形环，馈电点置于上底中部。2.根据权利要求1所述小型化...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉国，郝书吉，马广林，丁建，吕立斌，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：