充气背腔薄膜天线

摘 要：本文给出了P Band充气背腔薄膜天线的设计和目前研究进展。这种天线阵列采用薄膜材料制作，可以应用在需要大孔径天线同时平台的载荷能力又非常有限的系统。天线阵列的质量面密度小于1kg/m2。为了实现天线的轻质化，采取了几项相关措施。测试结果表明这种天线的质量面密度及其主要的电性能指标都满足了设计要求。

关键词：充气背腔；薄膜天线；相控阵

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

1 引言

随着空间SAR系统[1～4]的发展，需要具有电扫功能的超大口径天线，同时由于运载工具或工作平台的限制，使得天线载荷的总质量不能大，这就要求天线必须有很低的质量面密度，但是常规相控阵天线的质量在8～15kg/m2，为了降低质量面密度，研制了P波段充气背腔薄膜天线。

2 天线单元的设计

薄膜天线安装在飞艇或者气球的表面，其安装的示意图见图1。薄膜天线采用充气背腔微带贴片天线的形式。飞艇本身有两层充气膜。内层膜充氦气。内层和外层之间充空气，保持飞艇的压力和形状。在内层和外层之间使用金属化的薄膜隔成小腔，作为天线的背腔（实际两层之间是椭球共形的，薄膜天线样件先考虑平面的形式）。使用聚酰雅安薄膜加工成薄膜贴片层，把数字模块焊接到薄膜贴片层上，再将薄膜贴片安装到飞艇的外表面，形成背腔贴片天线。然后可以根据具体的环境在贴片天线外面加防护。薄膜天线样件的结构示意图见图2。本天线阵列的极化方式采用的水平线极化方式。

3 天线阵面的设计

飞艇平台载荷能力、能量供应有限，为了提高能量效率，天线阵面系统决定采用下面的设计：天线阵面分为相等的三块，中间是收发子阵，两边是接收子阵。整个阵面12×36个单元，阵面尺寸4.8m×11.88m。单个子阵12×12个单元，子阵尺寸4.8m×3.96m，具体天线布置图见图3。天线阵列可以实现方位向60度扫描。

为了验证天线阵面的设计，在本项目中实际制作了2×4单元的演示验证小阵。具体设计图见图4。天线的尺寸0.8m×1.32m。

4 实测结果和分析

为了验证充气背腔薄膜天线及其组阵的特性。投产并调试成功2×4单元无源天线小阵，实物见图5。图6～图8 给出了天线驻波、天线波束和天线增益的的测试结果。

从测试结果可以看出天线的驻波带宽可以达到40%。天线质量面密度实测为0.53kg/m2。

5 结论

这篇文章介绍了一种充气背腔薄膜天线阵列，这种天线采用了复合材料技术，性能指标满足了使用的要求，可以在未来平流层飞艇和星载雷达领域面有广泛的应用。

参考文献：

[1]S.N.Madsen，C.Chen，and W.Edelstein.“Radar options for global earthquake monitoring，”IEEE Symposium on Geoscience and Remote Sensing，IGARSS '02，July，2002.

[2]C.W.Chen，A.Moussessian.“MEO SAR system concepts and technologies for Earth remote sensing，”AIAA Space Conference，September 2004.

[3]W.Edelstein，S.Madsen，A.Moussessian，C.Chen.“Concepts and technologies for Synthetic Aperture Radar from MEO and Geosynchronous orbits，”SPIE International Asia-Pacific Symposium，Remote Sensing of the Atmosphere，Environment，and Space，November 2004，Honolulu，Hawaii USA.

[4]A.Moussessian，C.Chen， W.Edelstein，S.Madsen，P.Rosen.“System Concepts and Technologies for High Orbit SAR”Invited paper，The IEEE MTT-S International Microwave Symposium，Long Beach，CA，June 2005.

作者簡介：张轶江（1978-），男，安徽蚌埠人，硕士，高级工程师，主要从事雷达天馈系统、微波元器件的研究工作。