一种基于3D打印技术的雷达天线以及雷达天线阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印技术的雷达天线以及雷达天线阵列，所述雷达天线采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，所述雷达天线包括：方形法兰、馈电波导以及辐射孔径，所述馈电波导垂直于所述方形法兰上，所述辐射孔径垂直于所述馈电波导上，所述辐射孔径包括方形金属腔、波导耦合槽以及四个方形柱子，所述四个方形柱子中沿所述波导耦合槽短轴方向上的方形柱子，构成两对电偶极子，所述四个方形柱子中沿所述波导耦合槽长轴方向上的方形柱子，构成两对磁偶极子。本发明专利技术提出的雷达天线在设计之初考虑水冷风冷散热通道，不用单独匹配散热装置，同时保证了雷达天线自身的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印技术的雷达天线以及雷达天线阵列
本专利技术涉及雷达天线领域，特别是涉及一种基于3D打印技术的雷达天线以及雷达天线阵列。
技术介绍
天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接受无线电波必不可少的装置。雷达中用以辐射和接收电磁波并决定其探测方向的设备就是雷达天线，雷达天线具有将电磁波聚成波束的功能，定向地发射和接收电磁波，雷达天线类型很多，按其结构形式，主要有反射面天线和阵列天线两大类，阵列天线因其增益高，波束方向好控制等优点，越来越被广泛的运用，而阵列天线的形成波束的能力也决定了天线的能力。采用电磁偶极子作为波束形成的阵列单元的阵列天线，不仅结构简单、剖面低，而且实现了43.8(VSWR≤2)％的阻抗匹配带宽，具有稳定的辐射特性，很小的尾瓣辐射和交叉极化,同时工作频段内具有稳定的增益，具有很好的，高质量的波束形成能力，但是这种天线发热量极高，必须单独配备水冷或者风冷的设备对天线进行降温散热，才能使得天线持续的运行。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供一种基于3D打印技术的雷达天线，解决了现有雷达天线因发热量极高，需要单独配备降温散热设备的问题。本专利技术实施例提供一种基于3D打印技术的雷达天线，所述雷达天线采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，所述雷达天线包括：方形法兰、馈电波导以及辐射孔径；所述馈电波导垂直于所述方形法兰上，所述馈电波导中部以上，靠近所述辐射孔径端弯曲，所述馈电波导中空；所述方形法兰上，对应于所述馈电波导中空部分设有方形槽，大小与所述馈电波导中空部分相等，所述方形槽与所述馈电波导中空部分，形成波导并用于给辐射孔径馈送电磁波信号以及风冷散热；所述辐射孔径垂直于所述馈电波导上，所述辐射孔径包括方形金属腔、波导耦合槽以及四个方形柱子，所述四个方形柱子沿所述波导耦合槽长轴方向两侧对称分布，所述波导耦合槽在所述方形金属腔底部中央，所述波导耦合槽下方中空，与所述馈电波导的中空部分相通，形成波导、激励磁电偶极子并用于风冷散热；所述四个方形柱子中沿所述波导耦合槽短轴方向上同侧的两个方形柱子，构成一对电偶极子，共构成两对电偶极子，两对电偶极子分别与所述方形金属腔内壁之间形成缝隙，用于将电磁波耦合到电偶极子，以及促进磁偶极子辐射；所述四个方形柱子中沿所述波导耦合槽长轴方向上同侧的两个方形柱子，构成一对磁偶极子，共构成两对磁偶极子，所述波导耦合槽用于向辐射孔径馈送电磁波信号，促进电磁波耦合到电偶极子。可选地，所述方形金属腔体积小于所述辐射孔径体积，所述方形金属腔高度小于所述辐射孔径高度，所述方形金属腔的上端面与所述辐射孔径上端面齐平，所述方形柱子高度与所述方形金属腔高度相等。可选地，所述波导耦合槽下方中空的宽度小于所述波导耦合槽的宽度，用于促进所述雷达天线对电磁波的接收以及发射。本专利技术实施例还提供一种基于3D打印技术的雷达天线阵列，所述雷达天线阵列上部包括：采用四个如上所述的馈电波导以及辐射孔径构成的天线阵列；所述雷达天线阵列中部包括支撑体，下部包括底座，所述支撑体中空，与所述馈电波导中空部分大小相等且相互连接；所述底座上，对应于所述支撑体中空部分设有方形槽，大小与所述支撑体中空部分相等，所述方形槽与所述支撑体中空部分，以及所述馈电波导中空部分，形成波导并用于风冷散热。可选地，将四个所述馈电波导以及所述辐射孔径中的两个采用相对连接进行组合，构成部件一，所述相对连接，即其中一个所述馈电波导以及所述辐射孔径相对于另一个所述馈电波导以及所述辐射孔径翻转180度，将两个所述辐射孔径对接，则两个所述馈电波导形成上窄下宽的通道。可选地，将四个所述馈电波导以及所述辐射孔径中的另外两个也采用相对连接进行组合，构成部件二，将部件一与部件二并行连接，部件一与部件二的通道完全重合，所述通道上部窄道用于水冷管道穿行并进行水冷散热，下部宽道用于风冷散热。可选地，所述部件一与所述部件二并行连接时，所述部件一中的辐射孔径与所述部件二中的辐射孔径之间设有第一缝隙，所述支撑体靠近所述阵列雷达天线上部的部分设有第二缝隙，所述第二缝隙与所述第一缝隙大小相等且互相连接，所述第一缝隙与所述第二缝隙用于风冷散热。与现有雷达天线相比，本专利技术提供的一种基于3D打印技术的雷达天线，通过选择性激光融化3D打印技术，将金属粉末按照设计一体成型，打印出的雷达天线，自然形成孔洞，水冷管可通过孔洞贯穿整个天线，贴近于雷达天线本体，同时还有风冷通道，使得雷达天线散热效果得到极大提升，在保证了雷达天线自身性能的同时，还节省了水冷、风冷设备，使得雷达天线小型化，更加方便使用。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术雷达天线的CAD图；图2是本专利技术雷达天线的y-o-z剖视图以及部件的俯视图；图3是本专利技术雷达天线的三维模型渲染图；图4是本专利技术一种模型的CAD图以及y-o-z剖视图；图5是本专利技术一种模型的x-o-z剖视图以及俯视图；图6是本专利技术一种模型的三维模型渲染图；图7是本专利技术雷达天线阵列的CAD图、y-o-z剖视图以及俯视图；图8是本专利技术雷达天线阵列的三维模型渲染图；图9是本专利技术参数尺寸图表；图10是本专利技术组合雷达天线水冷管道、风冷通道示意图；图11是本专利技术雷达天线的s11参数、增益、E面和H面辐射方向图；图12是本专利技术雷达天线阵列的s11参数、增益、E面和H面辐射方向图；图13是本专利技术辐射孔径中方形柱子在不同高度下s11参数以及增益图，不同方形柱子高度下电场强度图；图14是本专利技术波导耦合槽不同长度，不同宽度下s11参数以及增益图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术基于3D打印技术的雷达天线的CAD图，该雷达天线采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，如图2(a)所示，该雷达天线包括：方形法兰10、馈电波导20以及辐射孔径30，该雷达天线适用于K波段(18～27GHz)的雷达天线。选择性激光融化技术由德国Froounholfer研究院于1995年首次提出，该技术是将激光的能量转化为热能使金属粉末成型，在制造过程中，金属粉末加热到完全熔化后成型，整个加工过程在惰性气体保护的加工室中进行，以避免金属在高温下氧化，最终成型的金属零件致密度高，可达90％以上，抗拉强度等机械性能指标优于铸件，甚至可达到锻件水平，显微维氏硬度可高于锻件，由于是打印过程中完全融化，因此尺寸精度较高，本专利技术实施例3D打印采用的金属粉末是铝合金粉末，惰性气体为氩气，形成以方形法兰10为下部底座，馈电波导20为中部，辐射孔径30为上部顶端的雷达天线，采用3D打印技术可以根据设计图纸自动打印出所需的雷达天线形状，而传统铸造或者锻造工艺需要模具，制作工艺复杂且致密度较低。举例说明，本专利技术实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印技术的雷达天线，其特征在于，所述雷达天线采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，所述雷达天线包括：方形法兰、馈电波导以及辐射孔径；所述馈电波导垂直于所述方形法兰上，所述馈电波导中部以上，靠近所述辐射孔径端弯曲，所述馈电波导中空；所述方形法兰上，对应于所述馈电波导中空部分设有方形槽，大小与所述馈电波导中空部分相等，所述方形槽与所述馈电波导中空部分，形成波导并用于给辐射孔径馈送电磁波信号以及风冷散热；所述辐射孔径垂直于所述馈电波导上，所述辐射孔径包括方形金属腔、波导耦合槽以及四个方形柱子，所述四个方形柱子沿所述波导耦合槽长轴方向两侧对称分布，所述波导耦合槽在所述方形金属腔底部中央，所述波导耦合槽下方中空，与所述馈电波导的中空部分相通，形成波导、激励磁电偶极子并用于风冷散热；所述四个方形柱子中沿所述波导耦合槽短轴方向上同侧的两个方形柱子，构成一对电偶极子，共构成两对电偶极子，两对电偶极子分别与所述方形金属腔内壁之间形成缝隙，用于将电磁波耦合到电偶极子，以及激励磁偶极子辐射；所述四个方形柱子中沿所述波导耦合槽长轴方向上同侧的两个方形柱子，构成一对磁偶极子，共构成两对磁偶极子，所述波导耦合槽用于向辐射孔径馈送电磁波信号，促进电磁波耦合到电偶极子。...

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印技术的雷达天线，其特征在于，所述雷达天线采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，所述雷达天线包括：方形法兰、馈电波导以及辐射孔径；所述馈电波导垂直于所述方形法兰上，所述馈电波导中部以上，靠近所述辐射孔径端弯曲，所述馈电波导中空；所述方形法兰上，对应于所述馈电波导中空部分设有方形槽，大小与所述馈电波导中空部分相等，所述方形槽与所述馈电波导中空部分，形成波导并用于给辐射孔径馈送电磁波信号以及风冷散热；所述辐射孔径垂直于所述馈电波导上，所述辐射孔径包括方形金属腔、波导耦合槽以及四个方形柱子，所述四个方形柱子沿所述波导耦合槽长轴方向两侧对称分布，所述波导耦合槽在所述方形金属腔底部中央，所述波导耦合槽下方中空，与所述馈电波导的中空部分相通，形成波导、激励磁电偶极子并用于风冷散热；所述四个方形柱子中沿所述波导耦合槽短轴方向上同侧的两个方形柱子，构成一对电偶极子，共构成两对电偶极子，两对电偶极子分别与所述方形金属腔内壁之间形成缝隙，用于将电磁波耦合到电偶极子，以及激励磁偶极子辐射；所述四个方形柱子中沿所述波导耦合槽长轴方向上同侧的两个方形柱子，构成一对磁偶极子，共构成两对磁偶极子，所述波导耦合槽用于向辐射孔径馈送电磁波信号，促进电磁波耦合到电偶极子。2.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于，所述方形金属腔体积小于所述辐射孔径体积，所述方形金属腔高度小于所述辐射孔径高度，所述方形金属腔的上端面与所述辐射孔径上端面齐平，所述方形柱子高度与所述方形金属腔高度相等。3.根据权利要求1所述的雷达天线，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冰，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51