一种双频段机载MIMO天线及其航空飞行器的制作方法

本发明属于天线融合，具体涉及一种双频段机载mimo天线、具有该双频段机载mimo天线的航空飞行器。

背景技术：

1、随着航空航天产业的快速发展，飞行器的技术升级加速了整个制造产业的革新。航空器的制造技术也反映了一个国家的工业水平，本方案主要应用于航空飞行器的智能制造。航空飞行器的制造涵盖多个环节，其中试验试飞技术首当其冲，试飞涵盖大量的试验数据。对于试验数据都是通过硬件载体从机载端拷贝，处理过程繁琐低效。随着5g技术的快速发展，工业5g牌照的发放，5g技术即将服务于航空制造产业。本技术将5g天线和机载天线融合，实现5g技术和试飞技术柔性融合，全面助力工业5g技术服务于航空飞行器的智能制造。本发明涉及多项技术的创新和融合，其中包含5g天线技术、机载天线技术、mimo天线技术、共口径天线技术、去耦技术、电磁超材料技术。

2、原有机载s波段通信天线未有公开发表专利或其它文献。在设计机载天线过程中，机载天线的地为飞机本身，要充分考虑飞机的机体对天线辐射性能的影响。此外，现代飞机的飞行速度越来越高，对飞机外部天线的气动性要求也越来越高。对于一些小型飞机，要求天线具有低剖面特性。如单极子天线，尺寸约为其工作频点的四分之一波长。为了进一步降低天线的剖面，还可以对天线的辐射结构进行弯折，以延长其表面电流。机载天线还包括一些其它低剖面天线，如倒l天线、倒f天线，螺旋天线，片天线等。

3、传统的机载天线使用一种单天线或两种单天线来实现。例如：han y.a.(hany.a.,etc.design of combined printed helical spiral antenna and helicalinverted-f antenna for unmanned aerial vehicle application[j].ieee access,2020,8:54115-54124)设计出应用于全球定位系统(gps)l1频段(1.57ghz)和遥测通信频段(2.33ghz)频段的机载印刷螺旋螺旋天线(phsa)和螺旋印刷倒f天线(ifa)。所提出的天线在gps l1频段和遥测通信频段的带宽分别约为20mhz(1.565-1.585ghz)和14mhz(2.322-2.336ghz)，增益分别为0.05db和1.97db。通过将两种天线辐射元件缠绕在同一陶瓷棒上来使天线小型化，形成共口径的融合天线。但是，该方案中天线虽然能工作在双频带，但其带宽较窄，增益也较低。此外，该天线需要印制在圆柱型陶瓷棒，加工难度比平面型大。

技术实现思路

1、基于现有技术，本申请提出一种双频段机载mimo天线，把机载s波段通信天线和5gmimo天线柔性融合，实现s波段天线、5g天线全向覆盖，数据传输性能方面大大实时信息传输速率和响应速度，硬件尺寸方面实现了小型化设计目标。

2、本发明提供了一种双频段机载mimo天线，包括介质基板和底层金属地板；

3、该介质基板的正面设置a1、a2、a3、a4、a5共五个单极子天线，且天线a1是s波段单极子天线，a2、a3、a4、a5是四个5g单极子天线，5g单极子天线呈线性阵列排布且s波段单极子天线位于正中间；

4、该介质基板的背面设置金属双圆开口环，采用超材料结构，用于增加单极子天线间的隔离；所述金属双圆开口环的位置在纵向上位于相邻两个单极子天线之间；

5、所述底层金属地板与所述介质基板垂直安装，用作5个单极子天线的共地。

6、进一步地，为了更好地说明本发明，所述s波段单极子天线为矩形金属辐射片，由50欧姆的微带线馈电；一个s波段单极子天线对应一个馈电端口。

7、进一步地，为了更好地说明本发明，所述5g单极子天线为矩形金属辐射片，由50欧姆的微带线馈电；四个5g单极子天线对应四个馈电端口。

8、进一步地，为了更好地说明本发明，所述底层金属地板上开孔，用于通过同轴电缆对各个单极子天线进行馈电。

9、进一步地，为了更好地说明本发明，所述介质基板的材料为trf-45，其相对介电常数为4.5。

10、进一步地，为了更好地说明本发明，所述双频段机载mimo天线还包括用于保护各个单极子天线的天线罩。

11、进一步地，为了更好地说明本发明，所述s波段单极子天线与所述5g单极子天线间的隔离度高于20db。

12、进一步地，为了更好地说明本发明，所述5g单极子天线间的隔离度高于10db。

13、本发明还提供了一种航空飞行器，包括上述双频段机载mimo天线。

14、进一步地，为了更好地说明本发明，所述航空飞行器通信覆盖s波段、5g波段。

15、本发明的有益效果如下。

16、(1)本发明提供的双频段机载mimo天线，将s波段单极子天线和5g单极子天线柔性融合，实现航空飞行器在试飞过程中的试验数据通过5g实时传输及处理，实现了实时快速的空地一体化。

17、(2)本发明提供的双频段机载mimo天线，其s波段单极子天线和5g单极子天线分别工作在s频段和5g频段，形成双频段特性。

18、(3)本发明提供的双频段机载mimo天线，在各单极子天线之间设置采用超材料结构的金属双圆开口环，用于增加单极子天线之间的隔离度。

19、(4)本发明提供的双频段机载mimo天线，将s波段单极子天线和5g单极子天线柔性融合，形成共口径天线，有利于减小天线系统的总体尺寸。

技术特征：

1.一种双频段机载mimo天线，其特征在于，包括介质基板(100)和底层金属地板(200)；该介质基板(100)的正面设置a1、a2、a3、a4、a5共五个单极子天线，且天线a1是s波段单极子天线，a2、a3、a4、a5是四个5g单极子天线，5g单极子天线呈线性阵列排布且s波段单极子天线位于正中间；

2.根据权利要求1所述的一种双频段机载mimo天线，其特征在于，所述s波段单极子天线为矩形金属辐射片，由50欧姆的微带线馈电；一个s波段单极子天线对应一个馈电端口。

3.根据权利要求1所述的一种双频段机载mimo天线，其特征在于，所述5g单极子天线为矩形金属辐射片，由50欧姆的微带线馈电；四个5g单极子天线对应四个馈电端口。

4.根据权利要求1所述的一种双频段机载mimo天线，其特征在于，所述底层金属地板(200)上开孔，用于通过同轴电缆对各个单极子天线进行馈电。

5.根据权利要求1所述的一种双频段机载mimo天线，其特征在于，所述介质基板(100)的材料为trf-45，其相对介电常数为4.5。

6.根据权利要求1所述的一种双频段机载mimo天线，其特征在于，还包括用于保护各个单极子天线的天线罩。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种双频段机载mimo天线，其特征在于，所述s波段单极子天线与所述5g单极子天线间的隔离度高于20db。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种双频段机载mimo天线，其特征在于，所述5g单极子天线间的隔离度高于10db。

9.一种航空飞行器，包括如权利要求1-8任一项所述的双频段机载mimo天线。

10.根据权利要求9所述的航空飞行器，其特征在于，通信覆盖s波段、5g波段。

技术总结
本发明属于天线融合技术领域，具体涉及一种双频段机载MIMO天线及其航空飞行器。所述双频段机载MIMO天线，包括介质基板和底层金属地板；该介质基板的正面设置A1、A2、A3、A4、A5共五个单极子天线，且天线A1是S波段单极子天线，A2、A3、A4、A5是四个5G单极子天线；该介质基板的背面设置金属双圆开口环，采用超材料结构，用于增加单极子天线间的隔离；所述金属双圆开口环的位置在纵向上位于相邻两个单极子天线之间；所述底层金属地板与所述介质基板垂直安装。本发明实现S波段天线、5G天线全向覆盖，数据传输性能方面大大实时信息传输速率和响应速度，硬件尺寸方面实现了小型化设计目标。

技术研发人员：王东俊,张袁,崔志卓,曹放华,欧阳森山,冯茂霖,张喜
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8