基于柔性印制板的低RCS共形平面螺旋天线及其设计方法与流程

基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线及其设计方法
技术领域
1.本发明属于共形天线领域，具体涉及一种基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线及其设计方法。


背景技术：

2.共形天线具有良好的空间匹配性，被广泛用于吊舱、载具外层等结构表面。传统天线主要使用金属、介质等硬质材料进行设计，结构强度较高但空间适应能力差，且不利于降低天线的雷达反射截面积；而目前较广泛使用的表贴贴片天线存在带宽较窄等问题，难以应用在需要天线带宽较宽的领域中。形变会影响辐射特性，如何对电性能、空间适应性和低rcs性能进行平衡就成为了设计的敏感点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线及其设计方法，利用柔性介质板、吸波材料等技术，通过对螺旋线的尺寸优化，实现了低rcs、宽带宽波束共形天线的设计。
4.实现本发明的技术解决方案为：一种基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线，包括柔性印制板螺旋线、切削巴伦连接器、吸波材料和支撑板，支撑板为拱形，平面螺旋天线布置在支撑板凸起的表面上，支撑板的凸起处开有通孔，切削巴伦连接器穿过通孔，切削巴伦连接器的前端金属针与印制板螺旋线中心焊接连接，进行馈电。支撑板凹陷空间内填充吸波材料，用于降低后端rcs。
5.所述基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线的设计方法，步骤如下：步骤1、在hfss仿真中依照所需空间建立支撑板，利用软件表面贴合功能在安装面（即支撑板凸起的表面）上建立共形金属螺旋线并设置螺旋线的厚度，建立切削巴伦连接器，并将其与共形金属螺旋线组合，得到共形平面螺旋天线模型。
6.步骤2、按照一般天线仿真方法建立共形平面螺旋天线模型的边界条件、馈电，经仿真得到共形平面螺旋天线的电性能仿真结果。
7.步骤3、在hfss-ie仿真中导入共形平面螺旋天线模型，按观测方向设置辐射场角度，得到天线单站rcs性能仿真结果。
8.步骤4、重复步骤1~3进行迭代优化，取得电性能与隐身性能最佳平衡结果对应的最优共形平面螺旋天线模型。
9.步骤5、根据最优共形平面螺旋天线模型设计基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线。
10.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明利用柔性印制板基底印刷经优化设计的螺旋天线，通过共形安装，并辅以吸波材料，实现了小空间内宽频宽波束双极化低rcs天线的设计。本发明中的共形平面螺旋天线结构设计简单、造价低，具有良好的空间、平台适应性能力。
附图说明
11.图1是共形平面螺旋天线安装后整体效果图。
12.图2是印制板螺旋线共形前示意图。
13.图3是支撑板示意图。
14.图4是切削巴伦连接器示意图。
15.图5是共形平面螺旋天线爆炸图。
16.图6是共形平面螺旋天线增益方向图，其中图(a)为0.3ghz，图(b)为1ghz，图(c)为2ghz。
17.图7是共形平面螺旋天线rcs仿真图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
20.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。
22.下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。
23.结合图1~图5，一种基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线，包括柔性印制板螺旋线、切削巴伦连接器、吸波材料和支撑板，支撑板为拱形，平面螺旋天线布置在支撑板凸起的表面上，支撑板的凸起处开有通孔1，切削巴伦连接器穿过通孔1，切削巴伦连接器的前端金属针与印制板螺旋线中心焊接连接，进行馈电。支撑板凹陷空间内填充吸波材料，用于降低后端rcs。
24.支撑板采用聚四氟乙烯，具有重量较轻、结构较坚固的特点，同时具有较低的rcs特性，有利于隐身性能提升。
25.所述基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线的设计方法，步骤如下：步骤1、在hfss仿真中依照所需空间建立支撑板，利用软件表面贴合功能在安装面（即支撑板凸起的表面）上建立共形金属螺旋线并设置螺旋线的厚度，建立切削巴伦连接器，并将其与共形金属螺旋线组合，得到共形平面螺旋天线模型。
26.步骤2、按照一般天线仿真方法建立共形平面螺旋天线模型的边界条件、馈电，经
仿真得到共形平面螺旋天线的电性能仿真结果。
27.步骤3、在hfss-ie仿真中导入共形平面螺旋天线模型，按观测方向设置辐射场角度，得到天线单站rcs性能仿真结果。
28.步骤4、重复步骤1~3进行迭代优化，取得电性能与隐身性能最佳平衡结果对应的最优共形平面螺旋天线模型。
29.步骤5、根据最优共形平面螺旋天线模型设计基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线。
30.图6为天线方向图，图7为不同入射角单站rcs值。可以看出，天线电性能与隐身性能取得了很好的效果。
31.综上所述，本发明利用柔性印制板技术和螺旋天线的自身特性实现了宽带宽波束天线的共形化设计；通过对螺旋线尺寸进行调整，在整体结构后端布置吸波材料，实现了低雷达反射截面积；所选各项材料性能稳定，结构适应性好；整体结构简单，成本低。


技术特征：
1.一种基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线，其特征在于：包括柔性印制板螺旋线、切削巴伦连接器、吸波材料和支撑板，支撑板为拱形，平面螺旋天线布置在支撑板凸起的表面上，支撑板的凸起处开有通孔（1），切削巴伦连接器穿过通孔（1），切削巴伦连接器的前端金属针与印制板螺旋线中心焊接连接，进行馈电，支撑板凹陷空间内填充吸波材料，用于降低后端rcs。2.根据权利要求1所述的基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线，其特征在于：支撑板采用聚四氟乙烯。3.一种基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线的设计方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、在hfss仿真中依照所需空间建立支撑板，并在支撑板凸起的表面上建立共形金属螺旋线并设置螺旋线的厚度，建立切削巴伦连接器，并将其与共形金属螺旋线组合，得到共形平面螺旋天线模型；步骤2、按照一般天线仿真方法建立共形平面螺旋天线模型的边界条件、馈电，经仿真得到共形平面螺旋天线的电性能仿真结果；步骤3、在hfss-ie仿真中导入共形平面螺旋天线模型，按观测方向设置辐射场角度，得到天线单站rcs性能仿真结果；步骤4、重复步骤1~3进行迭代优化，取得电性能与隐身性能最佳平衡结果对应的最优共形平面螺旋天线模型；步骤5、根据最优共形平面螺旋天线模型设计基于柔性印制板的低rcs共形平面螺旋天线。

技术总结
本发明公开了一种基于柔性印制板的低RCS共形平面螺旋天线，利用柔性印制板基底印刷经优化设计的螺旋天线，通过共形安装，并辅以吸波材料，实现了小空间内宽频宽波束双极化低RCS天线的设计。本发明中的共形平面螺旋天线结构设计简单、造价低，具有良好的空间、平台适应性能力。应性能力。应性能力。


技术研发人员：丁禹翔 曹军 杨天杨 段光华 黄诗纯 张志轩 孙永志
受保护的技术使用者：中国航天科工集团八五一一研究所
技术研发日：2021.12.24
技术公布日：2022/3/29