一种与高速弹共形的导航定位天线的设计

张熙瑜

（中国电子科技集团公司第29研究所，成都 610000）

1 引言

本文给出了一种与高速弹共形的导航定位天线（以下简称“导航定位天线”）的设计思路。该天线安装于某型高速弹弹头位置，具有以下特点：小型化、与弹头共形；有足够的机械强度和刚度，可以承受一定强度的过载、振动和冲击；能耐受导弹高速飞行时产生的高热。

2 设计思路与工作原理

2.1 设计思路

本文天线安装于高速弹头，主要完成搜星定位功能，要求天线从高速弹发射到平飞再到最后下降，全飞行过程程均能接收卫星导航信号。

为了使天线性能不受飞行体运动轨迹和姿态的影响，该天体的辐射方向图必须满足水平面为圆，垂直面为“8”的条件，避免无法搜星现象。此外，由于该高速弹飞行速度达X马赫，气动加热温度高，弹头安装空间非常狭小，故天线还必须具有小型化耐高温要求。通过比较多种方案，如螺旋天线、倒F天线、偶极子天线阵、同轴级联天线阵、微带天线阵等，最终选择结构简单、耐高温、易与载体共形的金属开槽天线作为最终实施方案。

2.2 组成及金属开槽天线仿真结果

导航定位天线主要包含耐热天线罩、两个级联的金属开槽天线、功分器等部分，如图1所示。

如图2所示，为满足狭小安装空间要求，采用在弹头表面直接开槽设计，通过功分器将2路金属开槽天线合路输出，获得水平面为圆，垂直面为“8”的较理想方向图。

图1 导航定位天线组成示意图

图2 导航定位天线仿真示意图

2.3 耐热天线罩设计

由于高速弹在运动过程中的气动加热可能使弹头的鼻锥部分温度高达几百度，为使弹头天线能在如此高的温度下正常工作，必须在弹头外面安装具有良好耐热性能的天线罩。如图3所示。从仿真中可以得知，在高速弹飞行26s后，天线及电缆位置的弹体温度就已经高达288℃，这已大大超过了高温电缆的承受温度。

经分析，采用常规玻璃钢天线罩，在实弹情况下，天线罩内壁温度太高，常规电缆、器材等均无法满足要求。对天线罩材料采用不同配比，并巧妙引入隔热设计，最终成功研制出满足条件的耐热天线罩。热仿真结果显示，安装该耐热天线罩后，弹体温度可降到120℃以下，从而保证整个弹体飞行过程中天线的正常工作。

3 实测结果

根据上述思路，对导航定位天线进行加工装配，并进行了测试分析，图4给出该天线典型频点实测方向图，整个工作频带上线极化增益如图5所示、圆极化增益如图6所示。

图3 弹体温度场仿真图

图4 导航定位天线典型频点实测方向图

图5 水平面、垂直面实测线极化增益曲线

图6 水平面、垂直面实测圆极化增益曲线

从测试结果可知，该天线整个频段内水平方向图不圆度在0.8dB以内，方向图形状良好。扣除天线罩、电缆、功分器插入损耗，及3dB极化失配损失，对于右旋圆极化的导航信号，该导航定位天线圆极化增益大于-3.8dB。

4 结束语

本文设计并制作了一种与高速弹共形的导航定位天线，考虑弹头狭小安装空间，兼顾高速弹飞行速度及飞行姿态，选用金属槽缝天线加以实现。由于该导弹为小型高速弹，故耐热天线罩设计也是一大难点。通过采用金属曲折开槽天线设计，获得水平面为圆，垂直面为“8”的较理想方向图。通过耐热天线罩设计，保证天线在气动加热高温状态下正常工作。该导航定位天线全向特性好，兼具结构简单、耐高温、成本低、易生产等优点，在安装空间受限的高速载体上具有广阔的应用前景。