一種與高速彈共形的導(dǎo)航定位天線的設(shè)計(jì)

張熙瑜

（中國電子科技集團(tuán)公司第29研究所，成都 610000）

1 引言

本文給出了一種與高速彈共形的導(dǎo)航定位天線（以下簡稱“導(dǎo)航定位天線”）的設(shè)計(jì)思路。該天線安裝于某型高速彈彈頭位置，具有以下特點(diǎn)：小型化、與彈頭共形；有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，可以承受一定強(qiáng)度的過載、振動和沖擊；能耐受導(dǎo)彈高速飛行時產(chǎn)生的高熱。

2 設(shè)計(jì)思路與工作原理

2.1 設(shè)計(jì)思路

本文天線安裝于高速彈頭，主要完成搜星定位功能，要求天線從高速彈發(fā)射到平飛再到最后下降，全飛行過程程均能接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號。

為了使天線性能不受飛行體運(yùn)動軌跡和姿態(tài)的影響，該天體的輻射方向圖必須滿足水平面為圓，垂直面為“8”的條件，避免無法搜星現(xiàn)象。此外，由于該高速彈飛行速度達(dá)X馬赫，氣動加熱溫度高，彈頭安裝空間非常狹小，故天線還必須具有小型化耐高溫要求。通過比較多種方案，如螺旋天線、倒F天線、偶極子天線陣、同軸級聯(lián)天線陣、微帶天線陣等，最終選擇結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫、易與載體共形的金屬開槽天線作為最終實(shí)施方案。

2.2 組成及金屬開槽天線仿真結(jié)果

導(dǎo)航定位天線主要包含耐熱天線罩、兩個級聯(lián)的金屬開槽天線、功分器等部分，如圖1所示。

如圖2所示，為滿足狹小安裝空間要求，采用在彈頭表面直接開槽設(shè)計(jì)，通過功分器將2路金屬開槽天線合路輸出，獲得水平面為圓，垂直面為“8”的較理想方向圖。

圖1 導(dǎo)航定位天線組成示意圖

圖2 導(dǎo)航定位天線仿真示意圖

2.3 耐熱天線罩設(shè)計(jì)

由于高速彈在運(yùn)動過程中的氣動加熱可能使彈頭的鼻錐部分溫度高達(dá)幾百度，為使彈頭天線能在如此高的溫度下正常工作，必須在彈頭外面安裝具有良好耐熱性能的天線罩。如圖3所示。從仿真中可以得知，在高速彈飛行26s后，天線及電纜位置的彈體溫度就已經(jīng)高達(dá)288℃，這已大大超過了高溫電纜的承受溫度。

經(jīng)分析，采用常規(guī)玻璃鋼天線罩，在實(shí)彈情況下，天線罩內(nèi)壁溫度太高，常規(guī)電纜、器材等均無法滿足要求。對天線罩材料采用不同配比，并巧妙引入隔熱設(shè)計(jì)，最終成功研制出滿足條件的耐熱天線罩。熱仿真結(jié)果顯示，安裝該耐熱天線罩后，彈體溫度可降到120℃以下，從而保證整個彈體飛行過程中天線的正常工作。

3 實(shí)測結(jié)果

根據(jù)上述思路，對導(dǎo)航定位天線進(jìn)行加工裝配，并進(jìn)行了測試分析，圖4給出該天線典型頻點(diǎn)實(shí)測方向圖，整個工作頻帶上線極化增益如圖5所示、圓極化增益如圖6所示。

圖3 彈體溫度場仿真圖

圖4 導(dǎo)航定位天線典型頻點(diǎn)實(shí)測方向圖

圖5 水平面、垂直面實(shí)測線極化增益曲線

圖6 水平面、垂直面實(shí)測圓極化增益曲線

從測試結(jié)果可知，該天線整個頻段內(nèi)水平方向圖不圓度在0.8dB以內(nèi)，方向圖形狀良好?？鄢炀€罩、電纜、功分器插入損耗，及3dB極化失配損失，對于右旋圓極化的導(dǎo)航信號，該導(dǎo)航定位天線圓極化增益大于-3.8dB。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)并制作了一種與高速彈共形的導(dǎo)航定位天線，考慮彈頭狹小安裝空間，兼顧高速彈飛行速度及飛行姿態(tài)，選用金屬槽縫天線加以實(shí)現(xiàn)。由于該導(dǎo)彈為小型高速彈，故耐熱天線罩設(shè)計(jì)也是一大難點(diǎn)。通過采用金屬曲折開槽天線設(shè)計(jì)，獲得水平面為圓，垂直面為“8”的較理想方向圖。通過耐熱天線罩設(shè)計(jì)，保證天線在氣動加熱高溫狀態(tài)下正常工作。該導(dǎo)航定位天線全向特性好，兼具結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫、成本低、易生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在安裝空間受限的高速載體上具有廣闊的應(yīng)用前景。