[发明专利]用于飞行体表面定向辐射的小型化全息天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种可用于在飞行体表面定向辐射的小型化全息天线，提高飞行体天线的通信性能。

背景技术

无线通信对天线的要求越来越高，为了提高通信质量，减小环境对电磁信号的干扰，要求天线具有高增益、低副瓣和高定向性。为适应实战环境的需要，要求天线隐蔽性好、抗干扰能力强且具有较低轮廓。传统的反射面天线和相控阵天线增益较高，但前者尺寸过大，较难隐蔽；后者损耗较高，成本较大，较难适应实战要求。全息天线能很好地满足上述要求，除稳定性好、抗干扰能力强外，更重要的是解决了在复杂形状物体，如飞机、车辆等的表面集成天线，并得到特定的辐射特性。通常情况下，由于实体的遮挡，实体上的天线在某些区域是难以辐射能量的，全息天线可以解决这一问题，实现该区域任意方向的定向辐射，从而使天线具有这一特殊性质。

全息天线由馈源天线和全息结构两部分组成，馈源天线作为全息天线的激励，全息结构作为散射器，对馈源的场进行有效地散射，即可产生特定方向的辐射波。全息结构是根据馈源天线的近区场与目标辐射场对应近区场的干涉场构建的，理论分析计算源天线与目标辐射对应近场的的干涉场，由于在微波频段不存在全息结构模拟干涉场记录的是干涉场极小值点的集合，干涉场极小值点集为椭圆族，这一结果已经HFSS软件仿真验证。

现有技术已对全息天线的原理进行了系统研究，对其性能完成了理论上的分析和实测验证，但现有技术中的全息结构尺寸较大，全息结构中，有很大一部分对馈源天线的散射贡献不大，不仅使馈源天线损耗过大，而且使全息天线的第一副瓣电平较高，辐射效率过低，在飞行体表面不易稳定集成，导致全息天线的辐射方向图易受高空气流影响而产生畸变。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术上的限制，提出一种用于飞行体表面定向辐射的小型化全息天线，以降低全息天线的轮廓，有效减小天线的损耗，降低天线的第一副瓣电平，提高天线增益和辐射效率，使其能够在飞行体表面稳定集成。

本发明的技术方案是这样实现的：

一、技术原理

根据全息学原理，两束波干涉能产生全息图样，当采用其中一束波照射全息图样时，能产生另一束波。这里两束波分别对应馈源天线的场和需要实现的目标辐射场，全息图样对应全息结构，当馈源天线的场照射全息结构时，即可产生目标辐射场，馈源天线与全息结构组成的天线即为全息天线。

全息结构是整个全息天线的散射器部分，全息结构必须能很好地模拟馈源天线与目标辐射场的干涉场，以便有效地散射馈源天线的场，进而产生目标辐射场。在光学频段，直接利用感光材料记录两束光的干涉图样即可，当采用其中一束光照射干涉图样时，就能获得另一束光。在微波频段，没有这种与光学感光材料对应的介质能够记录两束波的干涉场，对干涉场的记录只能逐点离散地进行，所以采用全息结构来模拟二者的干涉场，对馈源天线的波场进行散射，该出射波场即为目标辐射场。

馈源天线是整个全息天线的激励源，馈源天线必须在E面能够均匀地照射整个全息结构的表面，并能在接地介质板表面高效率地产生表面波，能被全息结构的周期性金属条带高效率地散射，而且结构相对简单，单极子天线能很好地满足这三个条件，具有平滑的方向图，全息结构可以获得更好照射，且单极子天线的远区辐射场按照其轴线对称分布，与目标辐射场的干涉场易于记录，故选用单极子天线为馈源天线。

根据理想导体表面切向电场为零的边界条件，全息结构利用在干涉场极小值点放置金属条带来构建。理论计算和HFSS软件验证结果可知，单极子天线的近场与目标辐射场对应近场的干涉场，其极小值点的集合为具有相同负半轴焦点的椭圆族，故全息结构通过在接地介质板表面涂覆椭圆族金属条带的方法构建；在此基础上，为实现全息天线的小型化设计，本发明沿着一条与轴线垂直的直线，该直线与负半轴焦点距离为Δd，Δd＞0，从原全息结构上，截取该直线左侧较密的部分，作为小型化的全息结构，与馈源天线构成全息天线。该小型化方法可以将全息天线的增益提高2.7dB，对第一副瓣电平的抑制增强2.1dB，在工程上大幅提高了天线性能。

二、技术方案

2.1）根据上述原理本发明的小型化全息天线，包括馈源天线1，全息结构2，该全息结构包括矩形介质基板21、金属族带22、喇叭形金属挡板23和接地板24；馈源天线1设置在椭圆族带22的负半轴焦点上，椭圆族带22涂覆在介质基板21的表面上；喇叭形金属挡板23垂直焊接在介质基板21的左右两侧，介质基板21内含有填充介质，其特征在于：

所述的馈源天线1，采用单极子天线；