一種小型化寬帶天線裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及寬帶天線設(shè)計(jì)及小型化技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種適用于雷達(dá)和通信 等無線電系統(tǒng)中的小型化寬帶天線裝置。
【背景技術(shù)】：
[0002] 超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)具有探測分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在軍用和民用等領(lǐng)域 應(yīng)用廣泛，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｔ跓o線電偵察和無源被動檢測與跟蹤領(lǐng)域，寬帶和超寬帶的雷達(dá) 系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。寬帶天線及其陣列是寬帶雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能對整機(jī) 性能有著重要的影響。超寬帶天線的小型化、波束賦形、雙極化W及極化可重構(gòu)等技術(shù)已成 為目前及未來超寬帶天線領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。由于偵察或跟蹤的信號帶寬范圍很寬，因此要 求寬帶雷達(dá)的天線或陣列在很寬的頻帶范圍內(nèi)具有較好的匹配性能和福射性能，即要求具 有較為平穩(wěn)的電壓駐波比（VSWR)、較為平滑的福射方向圖、較寬的波束覆蓋范圍和較高的 福射增益等性能指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對空間福射源信號的有效接收。尤為重要的是，寬帶雷達(dá)天 線的實(shí)際安裝平臺的尺寸往往十分有限，例如:彈載等飛行器安裝平臺的情況，運(yùn)時，寬帶 天線或者天線陣列必須實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，即有效減小天線在低頻段的尺寸，W達(dá)到能夠在 給定空間中放置預(yù)期要求的天線或者天線陣列，而且天線本身仍可W實(shí)現(xiàn)較好的輸入端的 阻抗匹配、福射方向圖和滿足要求的福射增益。
[0003] 對數(shù)周期天線是一種非頻變天線，一般情況下，對數(shù)周期天線采用金屬桿狀結(jié)構(gòu)， 用一對傳輸線(通常稱為集合線)進(jìn)行饋電，饋源接在短振子一端，用同軸線饋電時，同軸線 從長振子端的雙線(管）中的任一根穿入，從短振子端穿出，同軸線內(nèi)導(dǎo)體與雙線的另一根 道題在末端連接，同軸線外導(dǎo)體與它穿過的雙線的導(dǎo)體末端連接;傳統(tǒng)的金屬桿狀結(jié)構(gòu)的 對數(shù)周期天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝和固定困難。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了重量輕、易 于制作、易于集成的印刷型平面對數(shù)周期天線;運(yùn)種天線把交叉饋電的振子分別印刷在兩 塊介質(zhì)片上，集合線為平行雙線，用同軸線直接從短振子端饋電。單層LPDA是將福射振子和 集合線分別印制在同一塊微帶基板的兩面，對于傳統(tǒng)的對數(shù)周期偶極子陣列是從短振子端 饋電亦從短振子端福射，運(yùn)雖有利于阻抗匹配，但低頻分量和高頻分量在工作時走過的電 距離不等，會造成結(jié)構(gòu)色散。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提出了一種饋電方式簡單方便、易于實(shí) 現(xiàn)W及成本低廉的背腔式波束控制的小型化寬帶天線裝置。
[000引本發(fā)明可W通過W下措施達(dá)到：
[0006] -種小型化寬帶天線裝置，其特征在于設(shè)有微帶對數(shù)周期天線、金屬腔體，其中金 屬腔體采用長方體，金屬腔體底部設(shè)有微波吸波材料層，金屬腔體的側(cè)壁也設(shè)有微波吸波 材料層，微帶對數(shù)周期天線置于金屬腔體內(nèi)，在微帶對數(shù)周期天線的介質(zhì)基板兩側(cè)對稱設(shè) 置高介電常數(shù)的微波介質(zhì)層，所述高介電常數(shù)的微波介質(zhì)層對應(yīng)放置在微帶對數(shù)周期天線 中低頻振子所在位置處。
[0007] 本發(fā)明所述的微帶對數(shù)周期天線為微帶印刷電路結(jié)構(gòu)，便于加工和制作，精度較 高，對數(shù)周期天線所有振子尺寸和振子之間的距離遵循一定的比例關(guān)系，如果用T來表示該 比例系數(shù)也即比例因子，則要求：
（巧;式中Ln為第n個對稱 振子的全長;an為第n個對稱振子的寬度;Rn為第n個對稱振子到天線虛擬"頂點(diǎn)"的距離;n為 對稱振子的序列編號，從距離饋電點(diǎn)最遠(yuǎn)的振子算起，也就是最長的振子編號為"1"。
[0008] 本發(fā)明中，為了實(shí)現(xiàn)低頻段的振子等分形曲折線，采用了不同的比例因子，運(yùn)些比 例因子表示為：
[0010]本發(fā)明中，對低頻振子采用曲折線結(jié)構(gòu)，采用曲折線技術(shù)后，對數(shù)周期天線的橫向 尺寸得到有效減小，采用曲折線結(jié)構(gòu)的低頻振子個數(shù)為5個;具體方法是控制矩形曲折線的 分段個數(shù)和垂直于振子方向的折線高度，采用電磁仿真優(yōu)化的方法，基于駐波比和方向圖 性能，確定曲折線振子的結(jié)構(gòu)參數(shù);在集合線底部，即靠近低頻振子處，加載寬帶匹配負(fù)載， 吸收低頻段的反射波信號，進(jìn)一步改善低頻段的電壓駐波比性能;微帶印刷對數(shù)周期偶極 天線的設(shè)計(jì)是在一般對數(shù)周期天線的基礎(chǔ)上，考慮微帶基板的影響，增加微帶基板后，天線 的有效介電常數(shù)發(fā)生變化，因此，需要準(zhǔn)確地求出有效介電常數(shù)，然后將其對應(yīng)的參數(shù)進(jìn) 行變換，變換到介質(zhì)板上后進(jìn)行設(shè)計(jì);有效介電常數(shù)可表示為：
(7);式中，Er為基板的介電 常數(shù)，h為基板的厚度，W為集合線寬度，Ee為有效介電常數(shù)，C為光速。
[0012] 本發(fā)明中的超寬帶對數(shù)周期天線由兩層介質(zhì)基板組成，上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì) 基板選擇相同介電常數(shù)的板材，在上層介質(zhì)基板的上表面和下層介質(zhì)基板的下表面分別蝕 刻出對稱振子陣列；下層介質(zhì)基板的上表面放置微帶漸變線己倫的微帶信號線W及微帶傳 輸線的均勻段部分;在微帶漸變線己倫的平行雙線部分，信號線的頂部采用金屬過孔分別 和上層介質(zhì)基板上的集合線的上端短接，實(shí)現(xiàn)平衡饋電；在微帶漸變線的己倫的均勻微帶 傳輸線部分，同軸電纜和微帶線連接，實(shí)現(xiàn)同軸線的不平衡饋電。
[0013] 本發(fā)明中的己倫為超寬帶的微帶漸變線己倫，己倫的微帶信號線放置于下層介質(zhì) 基板的上表面，下曾介質(zhì)基板的集合線作為微帶漸變線己倫的金屬地板，己倫的功能是實(shí) 現(xiàn)平行雙線的平衡饋電到同軸線的不平衡饋電的轉(zhuǎn)換，同時也有一定的阻抗變換功能。本 發(fā)明采用直線式變換的微帶傳輸線己倫結(jié)構(gòu)，在不平衡一側(cè)，引出一段特性阻抗為50歐姆 的均勻微帶傳輸線，它與同軸電纜連接。
[0014] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的超寬帶微帶漸變線己倫如圖5所示，其結(jié)構(gòu)參數(shù)的定義如圖6所示， 其中，L_Balun為直線漸變線己倫的長度，W_Balun_feed為平行雙線的寬度，W_Balun_MS為 在與同軸線連接的均勻微帶線的信號線導(dǎo)帶寬度，W_Balun_Gnd為與同軸線連接的均勻微 帶線的地板寬度，均勻微帶線的特性阻抗為50歐姆。
[0015] 在本發(fā)明中，在低頻振子所在位置的微帶對數(shù)周期天線介質(zhì)基板的兩側(cè)，對稱放 置高介電常數(shù)的微波介質(zhì)材料，例如相對介電常數(shù)為9.6、10.2、16或者更高的微波介質(zhì)材 料，目的是基于等效介電常數(shù)的概念，有效減縮低頻振子對應(yīng)的導(dǎo)波波長，實(shí)現(xiàn)低頻段振子 長度的縮減，低頻段的電路匹配和福射性能獲得改善。同時，加載的高介電常數(shù)的厚度和高 度適當(dāng)，減量減小對高頻振子的福射特性的影響。加載的高介電常數(shù)的微波介質(zhì)材料的厚 度和高度由全波電磁仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)最終確定。
[0016] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有饋電方式簡單方便、易于實(shí)現(xiàn)W及成本低廉等顯著 的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】：
[0017] 附圖1(a)是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)模型。
[0018] 附圖1(b)是本發(fā)明中對數(shù)周期天線的結(jié)構(gòu)模型。
[0019] 附圖I(C)是本發(fā)明中介質(zhì)加載的小型化寬帶微帶對數(shù)周期天線的結(jié)構(gòu)模型。
[0020] 附圖2是本發(fā)明中微帶對數(shù)周期天線的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(a)天線的側(cè)視圖及參數(shù) 定義，圖2(b)天線的俯視圖及參數(shù)定義。
[0021] 附圖3是本發(fā)明中數(shù)周期天線的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 附圖4本發(fā)明中的介質(zhì)加載對數(shù)周期天線的饋電結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖4(a)是俯視 圖，圖4(b)是后視圖，圖4(c)是主視圖。
[0023] 附圖5是本發(fā)明中微帶對數(shù)周期天線微帶漸變線己倫模型，圖5(a)是從饋電微帶 線的底板一側(cè)看的示意圖，圖5(b)是饋電微帶線的微帶線一側(cè)看去的示意圖。
[0024] 附圖6是本發(fā)明中微帶漸變線己倫的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 附圖7是本發(fā)明中介質(zhì)加載對數(shù)周期天線的回波損耗仿真結(jié)果。
[0026] 附圖8是本發(fā)明實(shí)施例中對數(shù)周期天線在XOZ面的增益方向圖仿真結(jié)果。
[0027] 附圖9是本發(fā)明實(shí)施例中對數(shù)周期天線在XOZ面的軸比方向圖仿真結(jié)果。
[0028] 附圖10是本發(fā)明實(shí)施例中對數(shù)周期天線在yoz面的增益方向圖仿真結(jié)果。
[0029] 附圖11是本發(fā)明實(shí)施例中對數(shù)周期天線在yoz面的軸比方向圖仿真結(jié)果。
[0030] 附圖12是本發(fā)明設(shè)計(jì)的超寬帶天線的3地波束寬度隨頻率的變化曲線。
[0031] 附圖13是本發(fā)明設(shè)計(jì)