一种基片金属组合Vivaldi相控阵天线制造技术

本发明专利技术涉及一种基片金属组合Vivaldi相控阵天线。从上到下依次为上层金属片天线、上层基片、下层基片和下层金属片天线；Vivaldi基片天线由上层基片和下层基片压接而成，包括印制在下层基片上表面的微带馈线、微带馈线末端的微带扇形短截线，以及印制在下层基片下表面和上层基片上表面的印制匹配槽和印制渐变槽线；上层金属片天线和下层金属片天线上设置有金属匹配槽和金属渐变槽线，其结构形状与Vivaldi基片天线的印制匹配槽和印制渐变槽线相同，其中上层金属片天线压接于上层基片上表面，下层金属片天线压接于下层基片的下表面。本发明专利技术改善了阵中单元方向图，扩大相控阵天线的扫描空域，并增加了天线基片的机械结构强度和减小了天线形变。

A Substrate Metal Composite Vivaldi Phased Array Antenna

The invention relates to a substrate metal combination Vivaldi phased array antenna. From top to bottom, the antennas are upper metal patch antenna, upper substrate, lower substrate and lower metal patch antenna; Vivaldi substrate antenna is formed by pressing the upper substrate and the lower substrate, including microstrip feeder printed on the upper surface of the lower substrate, microstrip fan-shaped stub at the end of the microstrip feeder, and printed on the lower surface of the lower substrate. The printed matching slot and the printed gradient slot line on the upper surface of the substrate are arranged on the upper metal patch antenna and the lower metal patch antenna. The structure of the metal matching slot and the metal gradient slot line is the same as that of the printed matching slot and the printed gradient slot line of the Vivaldi substrate antenna, in which the upper metal patch antenna is pressed onto the upper substrate. On the surface, the lower metal antenna is pressed onto the lower surface of the lower substrate. The invention improves the unit pattern in the array, enlarges the scanning space of the phased array antenna, increases the mechanical structure strength of the antenna substrate and reduces the deformation of the antenna.

【技术实现步骤摘要】
一种基片金属组合Vivaldi相控阵天线
本专利技术属于本专利技术属于雷达
，具体涉及一种新型基片金属组合Vivaldi相控阵天线。
技术介绍
相控阵天线具有反应迅速、灵敏、准确，同时可以探测、识别和跟踪多个目标等特点，是一种十分先进的多功能综合天线。可用于几乎所有的军用雷达系统，此外在空中交通管制，气象预测预报等领域的民用事业中也有广阔的用武之地。相控阵天线是由阵列大线发展来的，它由许多相同的低增益辐射单元按一定要求排阵所构成的定向天线。常用的相控阵天线单元有微带贴片、偶极子、波导和Vivaldi天线等，其中Vivaldi天线由于带宽宽、增益高和低成本等优点得到了广泛的应用。空域覆盖是相控阵雷达天线的一项关键指标，其对相控阵天线单元的要求为：在工作频段内，阵中单元天线的波束覆盖需满足雷达空域覆盖要求。因此，相控阵天线的重要设计任务之一即为优化阵中单元方向图，使其在空域覆盖要求内不同角度的方向图起伏或变化较小。在优化设计过程中，常用的改善阵中单元方向图的方法有加隔离板、加吸波材料、优化天线结构及几种方法的组合等，但有时这些方法往往不能取得较好的效果。此外，在实际应用中，天线基片的形变往往是导致天线方向图恶化的重要原因之一。采用较厚基片可以有效减小基片形变，但由于表面波的影响，厚基片往往不能应用于高频段。另一种增强基片强度的方法为在天线之间增加金属支撑条，但该方法一方面增加了加工设计难度，另一方面也往往会对天线的性能产生较大的影响。
技术实现思路
本专利技术提出提供一种基片金属组合Vivaldi相控阵天线，既有效改善了Vivaldi相控阵阵中单元方向图性能，又增强了基片强度，其空域覆盖性能优良。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基片金属组合Vivaldi相控阵天线由Vivaldi基片天线和金属片天线组成，共由4层结构压接而成，从上到下依次为上层金属片天线、上层基片、下层基片和下层金属片天线；Vivaldi基片天线由上层基片和下层基片压接而成，共由三部分组成：第一部分为印制在下层基片上表面的微带馈线，对后端射频接头起到阻抗匹配作用，同时起到传输电磁波的作用；第二部分为微带馈线末端的微带扇形短截线，可以使微带线在宽频段上保持开路状态，同时可以使微带馈线上的电磁波能量更好的耦合到渐变槽线上；第三部分是印制在下层基片下表面和上层基片上表面的印制匹配槽和印制渐变槽线部分，起到电磁波的辐射与引向作用；金属片天线由上层金属片天线和下层金属片天线构成，在其上加工有金属匹配槽和金属渐变槽线，其结构形状和Vivaldi基片天线的印制匹配槽和印制渐变槽线相同，其中上层金属片天线压接于上层基片上表面，下层金属片天线压接于下层基片的下表面。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)与常规的Vivaldi基片天线相比，本专利技术通过金属片天线的引入，可以有效改善相控阵天线的阵列环境，从而改善阵中单元方向图，扩大相控阵天线的扫描空域；(2)由于在基片天线上下表面各增加了一层具有一定厚度的金属片，可大幅增加天线基片的机械结构强度和减小天线形变，同时还可改善高功率密度相控阵天线的散热；(3)本专利技术可以单独使用，还可与其它方法组合使用，实用性强。附图说明图1为本专利技术实施例结构示意图；图2为本专利技术不同层结构示意图；图3为本专利技术微带馈线和微带扇形短截线示意图；图4为本专利技术Vivaldi基片天线印制匹配槽和印制渐变槽线示意图；图5为本专利技术金属片天线金属匹配槽和金属渐变槽线示意图；图6为本专利技术对比结构一维天线线阵示意图；图7为本专利技术一维天线线阵示意图；图8为本专利技术二维天线面阵示意图；图9为本专利技术和对比结构的阵中单元驻波示意图；图10为本专利技术对比结构阵中单元E面方向图；图11为本专利技术对比结构阵中单元H面方向图；图12为本专利技术阵中单元E面方向图；图13为本专利技术阵中单元H面方向图。具体实施方式容易理解，依据本专利技术的技术方案，在不变更本专利技术的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本专利技术基片金属组合Vivaldi相控阵天线的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本专利技术的技术方案的示例性说明，而不应当视为本专利技术的全部或者视为对本专利技术技术方案的限制或限定。如图1至图5所示，基片金属组合Vivaldi相控阵天线由Vivaldi基片天线1和金属片天线2组成，共由四层压接而成，从上到下依次为上层金属片天线3、上层基片4、下层基片5以及下层金属片天线6。Vivaldi基片天线由上层基片4和下层基片5压接而成，金属片天线2为2层，分别为压接于上层基片4上表面的上层金属片天线3和压接于下层基片5下表面的下层金属片天线6。Vivaldi基片天线1由如下部分组成：微带馈线11、微带扇形短截线12、上层印制匹配槽线13、上层印制渐变槽线14、下层印制匹配槽线15和下层印制渐变槽线16。其中，微带馈线11位于下层基片5的上表面，其功能为对后端射频接头起到阻抗匹配作用，同时起到传输电磁波的作用；微带扇形短截线12位于下层基片5的上表面，可以使微带线在宽频段上保持开路状态，同时可以使微带线上的电磁波能量更好的耦合到上层印制渐变槽线14和下层印制渐变槽线16上；上层印制匹配槽线13和上层印制渐变槽线14位于上层金属片天线3的上表面，起到电磁波的辐射与引向作用；下层印制匹配槽15和下层印制渐变槽线16位于下层基片5的下表面，其功能分别同上层印制匹配槽线13和上层印制渐变槽线14。金属片天线2由上层金属片天线3和下层金属片天线6构成，上层金属片天线3上加工有金属匹配槽21和金属渐变槽线22，其结构形状和Vivaldi基片天线1的印制匹配槽13和印制渐变槽线14相同。下层金属片天线6的结构形状和上层金属片天线3相同。上层金属片天线3压接于上层基片4上表面，下层金属片天线6压接于下层基片5下表面。与常规的Vivaldi基片天线相比，由于在基片天线上下表面各增加了一层具有一定厚度的金属片，可大幅度增加天线基片的机械结构强度和减小天线形变，同时还可改善高功率密度相控阵天线的散热。图6为和图7分别为本专利技术对比结构和本专利技术一维天线线阵，一维线阵规模可用N表示，其中N表示列数，为大于1的奇数。图8为本专利技术二维天线面阵，二维天线面阵由M行的一维线阵构成，M表示行数，为大于1的奇数。如图8，阵中单元为位于阵列中间的天线阵元。与常规的Vivaldi基片天线相比，本专利技术通过金属片天线的引入，可以改善相控阵天线的阵列环境，从而改善阵中单元方向图，扩大相控阵天线的扫描空域。下面结合附图9-13，给出本专利技术结构和常规对比结构的性能。图9为本专利技术和对比结构的阵中单元驻波，在频段f1至f9内两者驻波均小于1.4。图10为本专利技术对比结构阵中单元E面方向图，在±50度的范围内，最大起伏为负4.7dB；图11为本专利技术对比结构阵中单元H面方向图，在±30度的范围内，最大起伏为负2.7dB。图12为本专利技术阵中单元E面方向图，在±50度的范围内，最大起伏为负3.0dB；图13本专利技术阵中单元H面方向图，在±30度的范围内，最大起伏为负2.4dB。由对比可知，本专利技术显著减小了阵中单元方向图的起伏，改善了阵中单元方向图性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基片金属组合Vivaldi相控阵天线，其特征在于，由Vivaldi基片天线(1)和金属片天线(2)组成，共由4层结构压接而成，从上到下依次为上层金属片天线(3)、上层基片(4)、下层基片(5)和下层金属片天线(6)；Vivaldi基片天线由上层基片(4)和下层基片(5)压接而成，金属片天线(2)为两层，分别为压接于上层基片(4)上表面的上层金属片天线(3)和压接于下层基片(5)下表面的下层金属片天线(6)。

【技术特征摘要】
1.一种基片金属组合Vivaldi相控阵天线，其特征在于，由Vivaldi基片天线(1)和金属片天线(2)组成，共由4层结构压接而成，从上到下依次为上层金属片天线(3)、上层基片(4)、下层基片(5)和下层金属片天线(6)；Vivaldi基片天线由上层基片(4)和下层基片(5)压接而成，金属片天线(2)为两层，分别为压接于上层基片(4)上表面的上层金属片天线(3)和压接于下层基片(5)下表面的下层金属片天线(6)。2.如权利要求1所述的基片金属组合Vivaldi相控阵天线，其特征在于，Vivaldi基片天线1包括微带馈线(11)、微带扇形短截线(12)、上层印制匹配槽线(13)、上层印制渐变槽线(14)、下层印制匹配槽线(15)、下层印制渐变槽线(16)；其中，微带馈线(11)和微带扇形短截线(12)位于下层基片(5)的上表面，上层印制匹配槽线(13)和上层印制渐变槽线(14)位于上层基片(4)的上表面，下层印制匹配槽(15)和下层印制渐变槽线(16)位于下层基片(5)的下表面；上层印制匹配槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祖存，许露，吴素云，李哲，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二三研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32