充氣背腔薄膜天線

摘 要：本文給出了P Band充氣背腔薄膜天線的設(shè)計(jì)和目前研究進(jìn)展。這種天線陣列采用薄膜材料制作，可以應(yīng)用在需要大孔徑天線同時(shí)平臺(tái)的載荷能力又非常有限的系統(tǒng)。天線陣列的質(zhì)量面密度小于1kg/m2。為了實(shí)現(xiàn)天線的輕質(zhì)化，采取了幾項(xiàng)相關(guān)措施。測(cè)試結(jié)果表明這種天線的質(zhì)量面密度及其主要的電性能指標(biāo)都滿足了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：充氣背腔；薄膜天線；相控陣

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.128

1 引言

隨著空間SAR系統(tǒng)[1～4]的發(fā)展，需要具有電掃功能的超大口徑天線，同時(shí)由于運(yùn)載工具或工作平臺(tái)的限制，使得天線載荷的總質(zhì)量不能大，這就要求天線必須有很低的質(zhì)量面密度，但是常規(guī)相控陣天線的質(zhì)量在8～15kg/m2，為了降低質(zhì)量面密度，研制了P波段充氣背腔薄膜天線。

2 天線單元的設(shè)計(jì)

薄膜天線安裝在飛艇或者氣球的表面，其安裝的示意圖見圖1。薄膜天線采用充氣背腔微帶貼片天線的形式。飛艇本身有兩層充氣膜。內(nèi)層膜充氦氣。內(nèi)層和外層之間充空氣，保持飛艇的壓力和形狀。在內(nèi)層和外層之間使用金屬化的薄膜隔成小腔，作為天線的背腔（實(shí)際兩層之間是橢球共形的，薄膜天線樣件先考慮平面的形式）。使用聚酰雅安薄膜加工成薄膜貼片層，把數(shù)字模塊焊接到薄膜貼片層上，再將薄膜貼片安裝到飛艇的外表面，形成背腔貼片天線。然后可以根據(jù)具體的環(huán)境在貼片天線外面加防護(hù)。薄膜天線樣件的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。本天線陣列的極化方式采用的水平線極化方式。

3 天線陣面的設(shè)計(jì)

飛艇平臺(tái)載荷能力、能量供應(yīng)有限，為了提高能量效率，天線陣面系統(tǒng)決定采用下面的設(shè)計(jì)：天線陣面分為相等的三塊，中間是收發(fā)子陣，兩邊是接收子陣。整個(gè)陣面12×36個(gè)單元，陣面尺寸4.8m×11.88m。單個(gè)子陣12×12個(gè)單元，子陣尺寸4.8m×3.96m，具體天線布置圖見圖3。天線陣列可以實(shí)現(xiàn)方位向60度掃描。

為了驗(yàn)證天線陣面的設(shè)計(jì)，在本項(xiàng)目中實(shí)際制作了2×4單元的演示驗(yàn)證小陣。具體設(shè)計(jì)圖見圖4。天線的尺寸0.8m×1.32m。

4 實(shí)測(cè)結(jié)果和分析

為了驗(yàn)證充氣背腔薄膜天線及其組陣的特性。投產(chǎn)并調(diào)試成功2×4單元無(wú)源天線小陣，實(shí)物見圖5。圖6～圖8 給出了天線駐波、天線波束和天線增益的的測(cè)試結(jié)果。

從測(cè)試結(jié)果可以看出天線的駐波帶寬可以達(dá)到40%。天線質(zhì)量面密度實(shí)測(cè)為0.53kg/m2。

5 結(jié)論

這篇文章介紹了一種充氣背腔薄膜天線陣列，這種天線采用了復(fù)合材料技術(shù)，性能指標(biāo)滿足了使用的要求，可以在未來(lái)平流層飛艇和星載雷達(dá)領(lǐng)域面有廣泛的應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：張軼江（1978-），男，安徽蚌埠人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事雷達(dá)天饋系統(tǒng)、微波元器件的研究工作。