一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置，利用新型人工電磁材料的在天線漸變槽線端口設(shè)置平面超材料透鏡，在不增加天線固有尺寸以及不破壞E面輻射特性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了H面方向圖波束寬度的拓展，進(jìn)一步利用金屬腔體加載來隔離天線間信號互耦，并通過加載三維超材料透鏡，拓寬E面和H面方向圖波束寬度，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)提高隔離度和波束寬度的需求。本發(fā)明專利技術(shù)的Vivaldi天線裝置解決了現(xiàn)有Vivaldi天線E面輻射波束寬度過窄以及互耦過強(qiáng)的問題，具有高隔離度、寬波束寬度、易于加工、成本低、重量輕和尺寸小便于集成等優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于天線材料領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置。
技術(shù)介紹
新型人工電磁材料，又稱超材料，英文名Metamaterials，通常由周期性亞波長金屬或介質(zhì)結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)洛倫茲模型描述，超材料結(jié)構(gòu)可以有效地耦合電場或磁場并提供電或磁諧振特性。由于超材料單元通常涉及為亞波長尺寸，滿足等效媒質(zhì)理論。超材料陣列可以利用復(fù)數(shù)形式的等效介電常數(shù)c(ω)-cr(ω)+ic1(ω)以及等效磁導(dǎo)率μ(ω)＝μr(ω)+iμ1(ω)來加以描述。一系列基于零折射率、漸變折射率以及變換光學(xué)的超材料透鏡被加以研究和報(bào)道。自從1979年Gibson研制Vivaldi天線以來，這種超寬帶天線得到了廣泛的關(guān)注并被應(yīng)用于成像系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及其他超寬到系統(tǒng)中。Vivaldi天線在寬帶內(nèi)提供一個(gè)寬H面波束寬度、窄E面波束寬度的輻射特性。考慮到特定系統(tǒng)對天線增益的需求，一系列基于超材料設(shè)計(jì)的零折射率透鏡加載Vivaldi天線得到報(bào)道。而在成像系統(tǒng)中，尤其是寬帶成像系統(tǒng)中，對天線波束寬度，即輻射覆蓋范圍，要求非常迫切。而原始Vivaldi天線受結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的制約，無法有效提供E面波束寬度的拓寬。同時(shí)，由于其良好的H面覆蓋范圍，天線與天線間隔離無法有效得到抑制。本專利技術(shù)提出了一種加載在天線漸變槽線端口的平面超材料透鏡，在不增加天線固有尺寸以及不破壞H面輻射特性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了E面方向圖波束寬度的拓展。另外，利用金屬腔體加載來隔離天線間信號互耦，并通過加載三維超材料透鏡，拓寬E面和H面方向圖波束寬度，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)提高隔離度和波束寬度的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的：為了解決現(xiàn)有Vivaldi天線E面輻射波束寬度過窄以及互耦過強(qiáng)的問題，本專利技術(shù)提供一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置，能夠在不增加天線固有尺寸以及不破壞H面輻射特性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)E面方向圖波束寬度的拓展。技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置，該天線裝置包括：兩組相對設(shè)置的Vivaldi天線陣列，每組所述Vivaldi天線陣列包括并排設(shè)置的多個(gè)Vivaldi天線，所述Vivaldi天線包括：介質(zhì)基板、漸變槽線、微帶線以及二維超材料透鏡，所述漸變槽線位于所述Vivaldi天線與另一組Vivaldi天線陣列相對的一側(cè)面上，其槽線開口始端處設(shè)置有圓形諧振腔；所述微帶線位于Vivaldi天線的另一側(cè)面上；所述二維超材料透鏡位于所述漸變槽線的開槽區(qū)域，所述二維超材料透鏡包括多列“I”型超材料基本單元，且沿天線的出射方向，位于最外側(cè)的一列超材料基本單元的尺寸與其他列超材料基本單元的尺寸不同。其中，每列所述超材料基本單元沿所述開槽區(qū)域的中心線呈對稱分布。其中，每組所述Vivaldi天線陣列的兩側(cè)各設(shè)置有一組半矩形金屬外框，所述半矩形金屬外框?qū)⒚拷MVivaldi天線陣列中的Vivaldi天線進(jìn)行隔離，每組所述半矩形金屬外框與所述Vivaldi天線之間還設(shè)置有多層超材料陣列介質(zhì)插片，每層所述超材料陣列介質(zhì)插片上設(shè)置有多列超材料基本單元。進(jìn)一步地，每組所述半矩形金屬外框的尺寸相同，且僅覆蓋所述介質(zhì)基板上圓形諧振腔的邊界至其邊界所限制的矩形區(qū)域。進(jìn)一步地，每層所述超材料陣列介質(zhì)插片之間設(shè)有一定間距，且每層介質(zhì)插片只覆蓋漸變槽線的開槽區(qū)域。有益效果：本專利技術(shù)中的應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置，通過加載一組平面新型人工電磁材料單元陣列，實(shí)現(xiàn)了Q波段Vivaldi天線寬波束性能。通過調(diào)整超材料單元的尺寸，可以有效且方便地調(diào)整透鏡等效折射率分布，在不影響Vivaldi天線H面方向圖波束寬度的同時(shí)，有效增加了E面方向圖波束寬度。且整個(gè)設(shè)計(jì)為平面設(shè)計(jì)，沒有占據(jù)過多額外空間，便于集成，該方案具有操作方便、加工簡單的特點(diǎn)。進(jìn)一步地，通過加載金屬外框與多層超材料陣列介質(zhì)插片形成三維超材料透鏡，有效實(shí)現(xiàn)了天線間高隔離、寬波束特性。金屬外框所形成的腔體有效抑制了天線陣列間信號串?dāng)_問題，提高了系統(tǒng)隔離度，為了避免金屬腔體的引入限制天線H面方向圖半功率波束寬度，同時(shí)，為了提高E面方向圖波束寬度指標(biāo)，在金屬外框與天線前端之間加載多層超材料陣列介質(zhì)插片，同時(shí)對E面和H面輻射進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)E面與H面方向圖寬波束特性。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的某一平面超材料透鏡Vivaldi天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中天線所加載平面透鏡的單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖2中平面超材料透鏡Vivaldi天線水平方向E面遠(yuǎn)場方向圖；圖5是圖2中平面超材料透鏡Vivaldi天線縱向H面遠(yuǎn)場方向圖；圖6是本專利技術(shù)中另一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6中帶金屬腔及三維透鏡Vivaldi天線的局部結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式為解決上述問題，申請人進(jìn)行了深入地研究：Vivaldi天線作為一類具有超寬工作帶寬、超寬H面方向圖的平面端射槽線天線，具備寬帶、寬波束、高增益、體積小、易于集成、加工成本低等特性，可以很方便的被應(yīng)用于各類端射電路與系統(tǒng)。在成像系統(tǒng)中，尤其在寬帶成像系統(tǒng)中，Vivaldi天線可以替代傳統(tǒng)饋源作為系統(tǒng)的收發(fā)終端。然而面對大范圍掃描需求時(shí)，根據(jù)傳統(tǒng)Vivaldi天線本身特性，該天線僅能保持在垂直天線方向上的寬域掃描，而在天線所處水平平面內(nèi)掃描范圍過窄，成像范圍極其有限。同時(shí)由于其較高的縱向輻射性能，相比于傳統(tǒng)收發(fā)系統(tǒng)，垂直方向上并列放置的天線陣列單元間互耦明顯增強(qiáng)。在本專利技術(shù)中，基于新型人工電磁材料的寬波束Vivaldi天線由Vivaldi天線槽線空隙處加載單層或多層超材料漸變折射率透鏡設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。下面結(jié)合實(shí)施例對本專利技術(shù)作更進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1：在一般成像系統(tǒng)中，兩組Vivaldi天線陣列被分別固定在測試系統(tǒng)支架上下內(nèi)表面，其中一組負(fù)責(zé)信號發(fā)射，另一組負(fù)責(zé)信號接收，兩組天線陣列對立放置作為系統(tǒng)的收發(fā)終端。如圖1所示，本實(shí)施例中，應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置包括：兩組Vivaldi天線陣列1和支架2，支架2呈立方體結(jié)構(gòu)，兩組Vivaldi天線陣列1分別設(shè)置在支架2相對的兩個(gè)內(nèi)表面上，每個(gè)Vivaldi天線陣列1包括并排設(shè)置的多個(gè)Vivaldi天線11，將天線11的兩個(gè)側(cè)面分別稱為正面和背面，則兩組Vivaldi天線陣列1的正面在支架2內(nèi)相對設(shè)置。如圖2所示，對于天線陣列1中的任意一個(gè)Vivaldi天線11，包括：介質(zhì)基板111，漸變槽線112，微本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置，其特征在于，該天線裝置包括：兩組相對設(shè)置的Vivaldi天線陣列（1），每組所述Vivaldi天線陣列（1）包括并排設(shè)置的多個(gè)Vivaldi天線（11），所述Vivaldi天線（11）包括：介質(zhì)基板（111）、漸變槽線（112）、微帶線（113）以及二維超材料透鏡（114），所述漸變槽線（112）位于所述Vivaldi天線（11）與另一組Vivaldi天線陣列（1）相對的一側(cè)面上，其槽線開口始端處設(shè)置有圓形諧振腔；所述微帶線（113）位于Vivaldi天線（11）的另一側(cè)面上；所述二維超材料透鏡（114）位于所述漸變槽線（112）的開槽區(qū)域，所述二維超材料透鏡（114）包括多列“I”型超材料基本單元，且沿天線的出射方向，位于最外側(cè)的一列超材料基本單元的尺寸與其他列超材料基本單元的尺寸不同。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種應(yīng)用于成像系統(tǒng)的Vivaldi天線裝置，其特征在于，該天線裝置包括：兩組相對設(shè)置的Vivaldi天線陣列（1），每組所述Vivaldi天線陣列（1）包括并排設(shè)置的多個(gè)Vivaldi天線（11），所述Vivaldi天線（11）包括：介質(zhì)基板（111）、漸變槽線（112）、微帶線（113）以及二維超材料透鏡（114），所述漸變槽線（112）位于所述Vivaldi天線（11）與另一組Vivaldi天線陣列（1）相對的一側(cè)面上，其槽線開口始端處設(shè)置有圓形諧振腔；所述微帶線（113）位于Vivaldi天線（11）的另一側(cè)面上；所述二維超材料透鏡（114）位于所述漸變槽線（112）的開槽區(qū)域，所述二維超材料透鏡（114）包括多列“I”型超材料基本單元，且沿天線的出射方向，位于最外側(cè)的一列超材料基本單元的尺寸與其他列超材料基本單元的尺寸不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Vivaldi天線裝置，其特征在于，每列所述超材料基本單元沿所述開槽區(qū)域的中心線呈對稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Vivaldi天線裝置，其特征在于，每組所述Vivaldi天線陣列（1）的兩側(cè)各設(shè)置...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：崔鐵軍，潘柏操，孫忠良，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32