【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线，具体涉及一种应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线。
技术介绍
1、青藏高原蕴藏着丰富的自然资源，其中最重要的便是冰川雪山。因此，对青藏高原地区的冰川雪山进行科学地探测和研究便成为了一项极其有意义的课题。为了达成这一目的，人们很自然地想到可以利用探地雷达的相关技术手段，但与传统探地雷达近地探测不同的是，由于青藏高原地区地势险峻，人们直接攀登上去进行测量显得不太现实，一方面整个过程相对艰苦且危险性系数较高，另一方面可能会对该地区的原始生态环境造成不可挽回的影响。所以综合考虑后人们想到将探测设备(含收发天线)装载到飞机的底部来实现这一目标，由于这样操作下来收发天线距海平面的高度有近万米，因此对机载天线设计提出了较高的要求。并且在整个过程中，一方面我们希望天线的带宽尽可能宽，这样雷达的分辨率会得到提高；另一方面，由于雷达的探测距离与电磁波的频率存在一个反比关系，因此我们也希望天线能够很好地辐射低频信号。这样的话，我们就亟需一种能够覆盖低频的超宽带天线，同时又因为需要进行远距离探测，要求天线的增益要尽可能高，波束要尽可能窄，副瓣要尽可能低，即天线应在满足超宽带的前提下具有较高的主波束效率。另一方面考虑到一定的空气动力学知识，天线外部的天线罩尺寸不能过大，这也就决定了天线罩内部所放置的天线的剖面不能过高。
2、调研发现能够在20:1带宽上工作的传统超宽带天线包括有锥形缝隙天线(tsa)、锥形喇叭天线(th)、平面螺旋天线(psa)、锥形螺旋天线(csa)和对数周期偶极子阵列(lpda)。观察发现在上述
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述天线包括：金属外壁、介质块、金属立板、金属支棒和阻抗变换器，其中，
3、所述金属外壁为两个大小形状均相同，且关于指定平面呈一定夹角对称放置的等腰梯形，梯形长边经延伸扩展形成封闭立体框架；
4、所述介质块为半个球体经切割后包覆于金属外壁中；
5、所述金属立板包括两个，为大小形状均相同的矩形切除一角后分别对称的垂直插在金属外壁中；
6、所述金属支棒包括两个，对称设置在半个球体的球心两侧，与金属立板在同一平面，每个金属支棒与相邻的金属立板保持一定距离；
7、所述阻抗变换器为三明治结构，包覆于介质块上。
8、优选的，所述夹角为锐角。
9、优选的，所述金属外壁的构成包括：
10、取第一梯形的短边中点a和长边中点b，取第二梯形的短边中点c和长边中点d，直线ab和直线cd相交于点o，且∠aoc＝∠bod＝θ，∠aoc的角平分面为指定平面α；
11、将两个梯形长边的端点以平面α的法线方向进行增宽延伸，形成两个形状尺寸相同的第三梯形和第四梯形，做第一直线平行于平面α；
12、将第三梯形和第四梯形的末端以与第一直线平行的方向进行等宽延伸，形成两个尺寸相同的第一矩形和第二矩形，分别构成金属外壁的上底面和下底面；将上底面的长边mn和下底面的长边pq连接形成金属外壁的侧面。
13、优选的，点a和点b在平面α上的投影分别为点a′和点b′，所述等宽延伸的距离略大于a′b′。
14、优选的，所述半个球体以a′b′为半径，以线段ac的中点为球心，且该半球体与对称放置的两等腰梯形的底边所在平面相切；其中第一梯形的腰为ζ和η，第二梯形的腰为ζ′和η′；
15、作过线段ζ和ζ′的平面β和过线段η和η′的平面γ，再用平面β和平面γ分别对该半球体进行第一次切割，并保留含球心的部分；
16、第一梯形所在的平面为δ，第二梯形所在的平面为δ′，用平面δ和平面δ′分别对第一次切割后的半球体进行第二次切割，并保留含球心的部分；
17、在线段ζ上选择一点x，过点x作一直线平行于所在梯形的上下底并与线段η相交于点x′，过点x和x′作一平面ε平行于平面α，并作平面ε关于平面α的镜像为平面ε′，再用平面ε和平面ε′分别对第二次分割后的半球体进行第三次切割，并保留含球心的部分；
18、在线段ζ上选择一点y，作点y关于平面α的镜像点y′，记第一梯形和第二梯形的下底所在的平面为π，则过点y和y′作一平面ξ使得平面ξ与平面π相互垂直，作平面ξ关于平面abcd的镜像面为平面ξ′，再用平面ξ和平面ξ′分别对第三次分割后的半球体进行第四次切割，并保留含球心的部分，得到与金属外壁的内侧各个面均贴合的介质块最终结构。
19、优选的，取金属外壁的上底面或下底面，其两个宽边的中点分别为k和k′，其中k′靠近金属外壁的侧面；
20、取上底面的长边m n的中点g，下底面的长边pq的中点g′，在线段gg′上选择一点h，并记第三梯形和第四梯形的高为h，在第一梯形和第二梯形中选择与所选取的上底面或下底面在平面α同侧的那个梯形，并将其上底的中点在平面mnpq上的投影点记为s，h＜k′h＜k′s；
21、以kk′和k′h为邻边作矩形τ，用上述梯形所在的平面对矩形τ进行截断并保留含边kk′的部分，最后再作其关于平面α的镜像；
22、在线段hs中选择一点f为圆心，以r为半径作圆υ，其中r的取值根据实际情况确定，再将圆υ沿互成夹角的两等腰梯形的下底方向进行单向拉伸形成一个以圆υ为上底面的圆柱体，且圆柱体的高等宽延伸的距离，用前述选择的第一梯形或第二梯形对该圆柱体进行截断并保留含圆υ的部分，再作其关于平面α的镜像，实现金属立板和金属支棒的安装。
23、优选的，所述阻抗变换器的上下两层为金属材质，中间为fr4介质层，其中，所述fr4介质层由平直段、转向段和镶嵌段拼接得到；其中，
24、所述平直段是规则的长方体结构，长为a，宽为b，高为c，且c＝ac；
25、所述转向段是环间距为b的四分之一圆环拉伸c后形成。
26、优选的，所述镶嵌段的形成包括：
27、作一长方体，长为a′，宽为b′，高为c′，且b′＞b，c′＝c，a′的取值根据实际情况确定，将该长方体宽和高所在的平面与介质块的球心所在的平面重合并用该介质块对其进行切割，保留两者非重叠的部分得到镶嵌本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述天线包括：金属外壁、介质块、金属立板、金属支棒和阻抗变换器，其中，
2.根据权利要求1所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述夹角为锐角。
3.根据权利要求1所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述金属外壁的构成包括：
4.根据权利要求3所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，点A和点B在平面α上的投影分别为点A′和点B′，所述等宽延伸的距离略大于A′B′。
5.根据权利要求4所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述半个球体以A′B′为半径，以线段AC的中点为球心，且该半球体与对称放置的两等腰梯形的底边所在平面相切；其中第一梯形的腰为ζ和η，第二梯形的腰为ζ′和η′；
6.根据权利要求4所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，取金属外壁的上底面或下底面，其两个宽边的中点分别为K和K′，其中K′靠近金属外壁的侧面；
<...【技术特征摘要】
1.一种应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述天线包括：金属外壁、介质块、金属立板、金属支棒和阻抗变换器，其中，
2.根据权利要求1所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述夹角为锐角。
3.根据权利要求1所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述金属外壁的构成包括：
4.根据权利要求3所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，点a和点b在平面α上的投影分别为点a′和点b′，所述等宽延伸的距离略大于a′b′。
5.根据权利要求4所述的应用于机载探冰雷达的极低剖面高效率超宽带天线，其特征在于，所述半个球体以a′b′为半径，以线段ac的中点为球心，且该半球体与对称放置的两等腰梯形的底边所在平面相切；其中第一梯形的腰为ζ和η，第二梯形的腰为ζ′和η′；
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘广，严旭，师振盛，张安学，朱迪，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：
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