一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置，利用新型人工电磁材料的在天线渐变槽线端口设置平面超材料透镜，在不增加天线固有尺寸以及不破坏E面辐射特性的基础上，实现了H面方向图波束宽度的拓展，进一步利用金属腔体加载来隔离天线间信号互耦，并通过加载三维超材料透镜，拓宽E面和H面方向图波束宽度，以实现同时提高隔离度和波束宽度的需求。本发明专利技术的Vivaldi天线装置解决了现有Vivaldi天线E面辐射波束宽度过窄以及互耦过强的问题，具有高隔离度、宽波束宽度、易于加工、成本低、重量轻和尺寸小便于集成等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线材料领域，尤其涉及一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置。
技术介绍
新型人工电磁材料，又称超材料，英文名Metamaterials，通常由周期性亚波长金属或介质结构组成。根据洛伦兹模型描述，超材料结构可以有效地耦合电场或磁场并提供电或磁谐振特性。由于超材料单元通常涉及为亚波长尺寸，满足等效媒质理论。超材料阵列可以利用复数形式的等效介电常数c(ω)-cr(ω)+ic1(ω)以及等效磁导率μ(ω)＝μr(ω)+iμ1(ω)来加以描述。一系列基于零折射率、渐变折射率以及变换光学的超材料透镜被加以研究和报道。自从1979年Gibson研制Vivaldi天线以来，这种超宽带天线得到了广泛的关注并被应用于成像系统、通信系统以及其他超宽到系统中。Vivaldi天线在宽带内提供一个宽H面波束宽度、窄E面波束宽度的辐射特性。考虑到特定系统对天线增益的需求，一系列基于超材料设计的零折射率透镜加载Vivaldi天线得到报道。而在成像系统中，尤其是宽带成像系统中，对天线波束宽度，即辐射覆盖范围，要求非常迫切。而原始Vivaldi天线受结构特点的制约，无法有效提供E面波束宽度的拓宽。同时，由于其良好的H面覆盖范围，天线与天线间隔离无法有效得到抑制。本专利技术提出了一种加载在天线渐变槽线端口的平面超材料透镜，在不增加天线固有尺寸以及不破坏H面辐射特性的基础上，实现了E面方向图波束宽度的拓展。另外，利用金属腔体加载来隔离天线间信号互耦，并通过加载三维超材料透镜，拓宽E面和H面方向图波束宽度，以实现同时提高隔离度和波束宽度的需求。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有Vivaldi天线E面辐射波束宽度过窄以及互耦过强的问题，本专利技术提供一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置，能够在不增加天线固有尺寸以及不破坏H面辐射特性的基础上实现E面方向图波束宽度的拓展。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术提供一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置，该天线装置包括：两组相对设置的Vivaldi天线阵列，每组所述Vivaldi天线阵列包括并排设置的多个Vivaldi天线，所述Vivaldi天线包括：介质基板、渐变槽线、微带线以及二维超材料透镜，所述渐变槽线位于所述Vivaldi天线与另一组Vivaldi天线阵列相对的一侧面上，其槽线开口始端处设置有圆形谐振腔；所述微带线位于Vivaldi天线的另一侧面上；所述二维超材料透镜位于所述渐变槽线的开槽区域，所述二维超材料透镜包括多列“I”型超材料基本单元，且沿天线的出射方向，位于最外侧的一列超材料基本单元的尺寸与其他列超材料基本单元的尺寸不同。其中，每列所述超材料基本单元沿所述开槽区域的中心线呈对称分布。其中，每组所述Vivaldi天线阵列的两侧各设置有一组半矩形金属外框，所述半矩形金属外框将每组Vivaldi天线阵列中的Vivaldi天线进行隔离，每组所述半矩形金属外框与所述Vivaldi天线之间还设置有多层超材料阵列介质插片，每层所述超材料阵列介质插片上设置有多列超材料基本单元。进一步地，每组所述半矩形金属外框的尺寸相同，且仅覆盖所述介质基板上圆形谐振腔的边界至其边界所限制的矩形区域。进一步地，每层所述超材料阵列介质插片之间设有一定间距，且每层介质插片只覆盖渐变槽线的开槽区域。有益效果：本专利技术中的应用于成像系统的Vivaldi天线装置，通过加载一组平面新型人工电磁材料单元阵列，实现了Q波段Vivaldi天线宽波束性能。通过调整超材料单元的尺寸，可以有效且方便地调整透镜等效折射率分布，在不影响Vivaldi天线H面方向图波束宽度的同时，有效增加了E面方向图波束宽度。且整个设计为平面设计，没有占据过多额外空间，便于集成，该方案具有操作方便、加工简单的特点。进一步地，通过加载金属外框与多层超材料阵列介质插片形成三维超材料透镜，有效实现了天线间高隔离、宽波束特性。金属外框所形成的腔体有效抑制了天线阵列间信号串扰问题，提高了系统隔离度，为了避免金属腔体的引入限制天线H面方向图半功率波束宽度，同时，为了提高E面方向图波束宽度指标，在金属外框与天线前端之间加载多层超材料阵列介质插片，同时对E面和H面辐射进行优化，实现E面与H面方向图宽波束特性。附图说明图1是本专利技术的一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置的整体结构示意图；图2是图1中的某一平面超材料透镜Vivaldi天线的结构示意图；图3是图2中天线所加载平面透镜的单元结构示意图；图4是图2中平面超材料透镜Vivaldi天线水平方向E面远场方向图；图5是图2中平面超材料透镜Vivaldi天线纵向H面远场方向图；图6是本专利技术中另一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置的整体结构示意图；图7是图6中带金属腔及三维透镜Vivaldi天线的局部结构示意图。具体实施方式为解决上述问题，申请人进行了深入地研究：Vivaldi天线作为一类具有超宽工作带宽、超宽H面方向图的平面端射槽线天线，具备宽带、宽波束、高增益、体积小、易于集成、加工成本低等特性，可以很方便的被应用于各类端射电路与系统。在成像系统中，尤其在宽带成像系统中，Vivaldi天线可以替代传统馈源作为系统的收发终端。然而面对大范围扫描需求时，根据传统Vivaldi天线本身特性，该天线仅能保持在垂直天线方向上的宽域扫描，而在天线所处水平平面内扫描范围过窄，成像范围极其有限。同时由于其较高的纵向辐射性能，相比于传统收发系统，垂直方向上并列放置的天线阵列单元间互耦明显增强。在本专利技术中，基于新型人工电磁材料的宽波束Vivaldi天线由Vivaldi天线槽线空隙处加载单层或多层超材料渐变折射率透镜设计实现。下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例1：在一般成像系统中，两组Vivaldi天线阵列被分别固定在测试系统支架上下内表面，其中一组负责信号发射，另一组负责信号接收，两组天线阵列对立放置作为系统的收发终端。如图1所示，本实施例中，应用于成像系统的Vivaldi天线装置包括：两组Vivaldi天线阵列1和支架2，支架2呈立方体结构，两组Vivaldi天线阵列1分别设置在支架2相对的两个内表面上，每个Vivaldi天线阵列1包括并排设置的多个Vivaldi天线11，将天线11的两个侧面分别称为正面和背面，则两组Vivaldi天线阵列1的正面在支架2内相对设置。如图2所示，对于天线阵列1中的任意一个Vivaldi天线11，包括：介质基板111，渐变槽线112，微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置，其特征在于，该天线装置包括：两组相对设置的Vivaldi天线阵列（1），每组所述Vivaldi天线阵列（1）包括并排设置的多个Vivaldi天线（11），所述Vivaldi天线（11）包括：介质基板（111）、渐变槽线（112）、微带线（113）以及二维超材料透镜（114），所述渐变槽线（112）位于所述Vivaldi天线（11）与另一组Vivaldi天线阵列（1）相对的一侧面上，其槽线开口始端处设置有圆形谐振腔；所述微带线（113）位于Vivaldi天线（11）的另一侧面上；所述二维超材料透镜（114）位于所述渐变槽线（112）的开槽区域，所述二维超材料透镜（114）包括多列“I”型超材料基本单元，且沿天线的出射方向，位于最外侧的一列超材料基本单元的尺寸与其他列超材料基本单元的尺寸不同。

【技术特征摘要】
1.一种应用于成像系统的Vivaldi天线装置，其特征在于，该天线装置包括：两组相对设置的Vivaldi天线阵列（1），每组所述Vivaldi天线阵列（1）包括并排设置的多个Vivaldi天线（11），所述Vivaldi天线（11）包括：介质基板（111）、渐变槽线（112）、微带线（113）以及二维超材料透镜（114），所述渐变槽线（112）位于所述Vivaldi天线（11）与另一组Vivaldi天线阵列（1）相对的一侧面上，其槽线开口始端处设置有圆形谐振腔；所述微带线（113）位于Vivaldi天线（11）的另一侧面上；所述二维超材料透镜（114）位于所述渐变槽线（112）的开槽区域，所述二维超材料透镜（114）包括多列“I”型超材料基本单元，且沿天线的出射方向，位于最外侧的一列超材料基本单元的尺寸与其他列超材料基本单元的尺寸不同。
2.根据权利要求1所述的Vivaldi天线装置，其特征在于，每列所述超材料基本单元沿所述开槽区域的中心线呈对称分布。
3.根据权利要求1所述的Vivaldi天线装置，其特征在于，每组所述Vivaldi天线阵列（1）的两侧各设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔铁军，潘柏操，孙忠良，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32