基于人工电磁结构的天线波束控制技术

波束前倾结构后置天线(Forward Tilted Beam and Back-placed Antenna,FTBBA)在高超声速小型飞行器领域有广泛应用。文中采用水平磁+电壁构成端射元,利用电与磁的二重性原理和Yagi天线理论,构建C波段波束前倾结构后置微带八木天线以实现端射。同时,利用栅格结构人工电磁材料(Artificial Electromagnetic Structures,AEMS)抑制表面波,减小杂散电磁波对端射方向图和极化纯度的影响。此外,围绕高超声速小型飞行器天线的共形需求,将两组FTBBA共形于典型的高超声速飞行器表面以实现双极化端射。该天线能够在5.2~5.9 GHz实现VSWR<2(相对带宽为12.6%),增益>11 dBi,主瓣波束宽度约20×32°。该天线突破端射波束控制技术,解决了常规技术手段难以克服的高速飞行器结构后置和波束前倾相互制约等技术难题。

某新型航天器返回舱舱门共形天线研制

介绍了通过对返回舱舱门共形天线的材料和结构选择 ,结合热压罐和对模成型工艺方法研制了一种舱门共形天线。该天线已通过各项性能测试 ,性能稳定 ,已进行了装船 ,满足设计要求。

一种超宽频共形天线结构的力学性能测试

共形天线结构是一种将机载天线集成到飞机复合材料结构中的集承载、维形、隐身及通信功能于一体的多功能结构。本文采用对数螺旋天线作为内植传感器件,设计并制造了一种超宽频共形天线结构,通过面内压缩试验和三点弯曲试验对该型共形天线结构的力学性能进行了考核测试。试验结果表明,超宽频共形天线结构具有更优的力学性能。相对于未植入天线的复合材料夹层结构,超宽频共形天线结构的面内压缩刚度提高了112%,面内压缩强度提高了95%,结构压缩破坏模式由单纯的面芯分离变成了多个胶接界面分离和芯体剪切破坏的复合破坏模式,且强度分散性变大;超宽频共形天线结构面外弯曲刚度提高了26%,面外弯曲强度提高了17%,弯曲破坏模式由上蒙皮与芯体间的大面积面芯分离变成了压头下部局部蒙皮折断和芯体塌陷。

一种应用于柱面共形天线的EBG结构设计

表面波以及阵元之间的耦合一直以来都是共形天线设计中的难题。本文设计了一种新型EBG结构应用于柱形共形贴片天线,该结构采用基底打孔型EBG,孔的形状为椭圆形,使得天线的辐射频率落在EBG结构的带阻频率内。从而达到抑制表面波辐射和降低耦合的目的。文中分别从单元尺寸、介质层介电常数和介质层厚度对共形天线性能影响的角度进行了较细致的分析。

PBG结构分析及其在柱面共形微带天线中的应用

利用光学Bragg反射条件,设计了两种曲面光子带隙结构,并将其应用于柱面共形微带贴片天线中,分析了光子带隙结构的结构参数对微带贴片天线性能的影响。计算仿真表明,利用合适的PBG结构可以增强微带贴片天线的前向增益,抑制高次谐波,减小旁瓣,减小表面波损耗。

共形承载天线封装过程中几何缺陷的反演

共形承载天线(Conformal load-bearing antenna structure,CLAS)将微带天线和防护结构封装为一体,是一种可安装于飞行器外蒙皮的新型天线结构。针对封装过程中防护罩体内存在空腔、气泡等制造缺陷,根据透射理论和射线追踪-表面积分方法,提出一种由天线远场特性反演缺陷几何特征的方法。推导出远场到罩体透射系数以及透射系数到罩体材料厚度的两个反演公式,两者结合可实现由测量远场到罩体缺陷几何特征的反演,并进一步推广至多层罩体。通过一个12.5 GHz的4单元共形承载天线进行数值仿真试验,仿真结果表明反演模型理论精度高,有效性好。基于该算例,对所提出的反演模型进行误差分析,分析结果表明当远场测量精度满足幅度误差小于0.45 d B,相位误差小于±5°时,反演结果的误差小于10%,该精度完全可以满足工程使用的精度要求。

加载电磁带隙结构的平切圆锥等角螺旋天线

加载电磁带隙的平切圆锥等角螺旋(EAS-EBG)天线可以在很宽的频带范围内提高辐射增益。建立了平切等角螺旋锥体(EAS)天线的基本模型,并用HFSS对其进行了仿真。研究了一种加载电磁带隙结构的平切圆锥等角螺旋锥体天线。该天线是在保持原平切等角螺旋锥体天线外形不变的情况下,加载了小型化的电磁带隙结构,以提高增益并保持共形化。仿真结果表明:加载电磁带隙结构的模型增益在5～12GHz带宽下可以提高1～3dB,并且轴比特性基本不变。

基于3D打印的曲面共形天线液冷板设计与制造技术

开展了曲面共形天线液冷板的3D打印结构协同设计,形成了适合于3D打印成型的曲面液冷产品结构。梳理了曲面液冷板3D打印成型工艺流程并划分为3个主要阶段。研究了曲面液冷板残余应力及宏观变形控制、微细流道尺寸精度控制技术,开展了微细流道粉末清除试验,成功制备了满足尺寸精度与散热需求的曲面共形天线液冷板。

结构一体化天线电气与力学设计

机载天线需要同时满足电气性能和载体要求,因此采用了一种结构一体化的天线形式。该文对结构一体化天线进行了研究,对该天线进行力学性能和电气性能仿真并测试,验证了这种天线可同时满足结构要求和电气要求。最后指出这种天线是机载等载体共形天线的重要形式,具有重要的工程应用价值。

机载振动对共形阵列天线电性能的影响

环境载荷严重影响共形阵列天线的电性能,对研究和发展高性能共形天线而言,环境载荷是一个不容忽视的问题。文中从变形面的拟合出发,提出了一种变形后天线电性能的计算方法,利用此方法计算随机振动下共形阵列天线的电性能,分析随机振动对共形阵列天线电性能的影响。文中所提方法与结论可为工程技术人员设计高性能共形天线提供参考。

基于PSO算法的共形集成天线综合性能优化

共形安装于特定平台、具有初步构型方案的复杂结构特型天线,其辐射全向性、定向增益、雷达波散射截面积等特性均需要满足特定的设计指标。同时,复杂天线的外形结构具有多个尺寸参数,均为详细设计的量化对象。为得到相对最优的天线详细设计方案,可针对天线的多个结构参数,将全波精确电磁计算方法和优化算法相结合,进行迭代。论文针对典型案例,通过粒子群(PSO)优化算法驱动矩量法(MoM),对特型天线的概念结构方案进行迭代优化,形成综合性能指标相对最优的设计方案。

基于蜂窝夹层结构的机载共形天线设计

共形天线是将天线与飞行器机体结构实现共形一体化设计的一类天线,该类天线在保证天线电性能的前提下,维护了飞行器气动外形的完整性,提高了飞行器气动特性,也提高了天线本身的可靠性。复合材料尤其是蜂窝夹层结构在现代飞行器上已经得到广泛使用,而复合材料特别是玻璃钢的透波率要远远优于金属材料,天线也可以作为复合材料的一个铺层嵌入其中,这就为机载共形天线的应用及发展提供了绝佳的条件。本文介绍了一种共形天线的实现方案,并比较了其仿真结果与暗室实测结果,两者能够较好地保持一致性,基本具备装机条件,具有广阔的发展及应用前景。

机载振动对共形阵列天线电性能的影响

环境载荷严重影响共形阵列天线的电性能,对研究和发展高性能的共形天线而言,环境载荷是一个不容忽视的问题。本文从变形面的拟合出发,提出了一种变形后天线电性能的计算方法,利用此方法计算随机振动下共形阵列天线的电性能,分析随机振动对共形阵列天线电性能的影响。文中所提方法与结论,为工程设计人员设计出高性能的共形天线提出相应指导。

埋微带天线蜂窝夹层结构的力电性能分析

设计并制备了一种共形承载一体化的埋微带天线蜂窝夹层结构。利用有限元方法分析了该结构的力学性能,与三点弯曲实验比较,获得较好的一致性。研究了蜂窝层厚度等参数对电性能和力学性能的影响。结果表明,蜂窝层厚度为8~14 mm时,共形承载天线不仅具有高增益和低损耗,还具有较好的力学性能。