辐射单元及辐射阵列制造技术

本实用新型专利技术涉及辐射单元、辐射阵列及其加工成型方法。辐射单元，包括介质结构和金属结构；介质结构分为两部分，第二部分介质横向突出于第一部分介质的上表面；金属结构也分为两部分，第一部分金属导体层覆盖在第一部分介质的下表面，第二部分金属导体层覆盖在第一部分介质的上表面和第二部分介质的侧壁。本实用新型专利技术可以轻易地改变形状以适应弯曲的安装表面(机翼边缘、飞行器表面、轿车车体等)，其多模式的工作机理允许结构发生大的变形而不会改变内部的耦合特性，因此很容易形成各种曲面共形广义波导连续缝隙节阵列天线。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

该项技术主要用于天线的生产设计，尤其涉及辐射单元、辐射阵列及加工成型方法。
技术介绍
在微波频段，传统的天线形式包括波导裂缝阵天线、微带阵列天线、反射面天线和透镜天线等。然而，当频率达到30GHz甚至更高时，用传统的天线方式很难实现，特别是对成本有严格限制时就更加难以实现。该项技术非常适合于生产加工30GHz甚至毫米波和准光学频段的部件。传统的波导裂缝阵由于复杂精密的加工工艺，比较难应用于30GHz以上。微带天线阵列在高频或大型阵列的情况下，由于色散及馈电网络的传输损耗比较严重，导致天线效率比较低。同时微带天线阵列的带宽比较窄，天线的性能受介质材料影响比较大。抛物面天线和透镜天线一般应用于低剖面天线不能胜任的地方，他的体积和重量比较大，同时由于该类天线的馈源一般是单个激励源，因此很难通过阵列方法降低副瓣和波束赋型。传统天线形式很难将滤波器、耦合器及辐射单元集成一体，最大限度节省系统空间。
技术实现思路
辐射单元，包括介质结构和金属结构；介质结构分为两部分，第二部分介质横向突出于第一部分介质的上表面；金属结构也分为两部分，第一部分金属导体层覆盖在第一部分介质的下表面，第二部分金属导体层覆盖在第一部分介质的上表面和第二部分介质的侧壁。辐射阵列，包含若干所述的辐射单元，若干辐射单元排列成辐射阵列。广义波导连续缝隙节辐射单元主要是由金属平行板波导及横向凸起部分构成， 平行板波导可以由两块相互平行的平面或曲面金属板构成，其中可以填充空气和介质材料。横向凸起部分是一段或若干段渐开平板波导级联构成，其中可以填充空气和介质材料， 分布于平行板波导宽面的一面或两面，这种渐开平板波导构成的横向凸起结构，更加适用于曲面共形阵列天线的设计。当渐开平板波导的渐开角为零时，渐开平板波导退化为平行板波导，横向凸起部分则转变为由平行板波导级联构成。这些电磁不连续性凸起结构(或称为缝隙节)把主馈入平行板波导产生的纵向电流分量切断，在缝隙节与平行板波导交界处产生位移电流，该位移电流进一步激励起沿缝隙节纵向传播的电磁波到达缝隙节的末端，当切向缝隙节高度合适并且末端开放，切向缝隙节就会向自由空间辐射能量。通过改变切向缝隙节的长度、高度、平行板间隔和填充介质的特性可以精确控制单元的耦合或激励。由于缝隙节在主馈入平行板波导的能量传播方向的切(横)向是连续分布的，因而也可以称为连续切向缝隙节。若干个广义波导连续缝隙节辐射单元排列组合，并由平行板波导组成的馈电网络馈电形成广义波导连续缝隙节天线阵列。通常广义波导连续缝隙节辐射单元包括(1)由介质材料构成的两部分，一部分是平板，另一部分横向突起于平板；( 覆盖在第一部分介质上的金属导体；C3)覆盖于第二部分介质突起的金属导体，第二部分介质的截面为一段或若干段以一定张角展开的扇环形或梯形。通过更改切向缝隙节单元的高度、宽度、长度、 横截面可以形成不同的切向缝隙节单元。加工介质填充的广义波导连续缝隙节天线阵列主要分为三步首先要通过机加、 挤压或成型介质材料；其次在介质上均勻覆盖金属导体；最后通过机加或研磨等手段将特定区域(如激励端口、切向缝隙节末端，等)外表面的金属去除，使这些特定区域的介质材料暴露在空气中。广义波导连续缝隙节单元构成的线阵可以组成平面阵列或任意形状的阵列天线， 激励方式可以是传统的线源激励方式。可以用传统的频域或时域方法去分析和综合广义波导连续缝隙节构成的天线阵列。该项技术的设计方法可以应用于微波、毫米波和准光学频段的所有平面或曲面阵列天线，如赋形波束、多波束、双极化、双波段和单脉冲天线。在一些平面天线不太适合应用的情况下(例如在带宽或成本方面)，广义波导连续缝隙节天线是替代抛物面和透镜天线的首选方案。广义波导连续缝隙节辐射结构可以轻易地改变形状以适应弯曲的安装表面(机翼边缘、飞行器表面、轿车车体等)，其多模式的工作机理允许结构发生大的变形而不会改变内部的耦合特性，因此很容易形成各种曲面共形广义波导连续缝隙节阵列天线。附图说明通过以下介绍，结合视图，可以更加容易地理解该项技术的特点和优点图1(a)和图1(b)分别是渐开平板波导结构示意图及其传输的主模TEM模的电磁场分布示意图；图2(a)、图2(b)和图2(c)分别呈现了广义波导连续缝隙节辐射单元的主视图、 A-A剖视图及局部放大视图；图3是广义波导连续缝隙节辐射单元的另一种变形，即由图2(a)、图2(b)和图 2(c)中的若干段扇环级联演变为若干段梯形级联；图4(a)和图4(b)分别为一级梯形截面广义波导连续缝隙节辐射单元和一级扇环形截面广义波导连续缝隙节辐射单元；图5是没有介质填充的广义波导连续缝隙节辐射单元的示意图；图6和图7是慢波结构和非均勻结构情况下的广义波导连续缝隙节辐射单元的示意图；图8是广义波导连续缝隙节构成双边辐射单元的示意图；图9是两个完全相同的广义波导连续缝隙节辐射单元构成的匹配对示意图；图10是两个不同的广义波导连续缝隙节辐射单元构成的匹配对示意图；图11 (a)、图11(b)和图11(c)分别是E面弯曲广义波导连续缝隙节辐射单元的立体视图、主视图及A-A剖视图；图12 (a)、图12(b)和图12(c)分别是H面弯曲广义波导连续缝隙节辐射单元的立体视图、主视图及A-A剖视图；图13(a)、图13(b)和图13(c)分别是有限宽度广义波导连续缝隙节辐射单元的立体视图、主视图及A-A剖视图；图14(a)、图14(b)和图14(c)分别是横向尺寸变化的广义波导连续缝隙节辐射单元的立体视图、主视图及A-A剖视图；图15 (a)、图15 (b)和图15 (c)分别是广义波导连续缝隙节径向辐射单元的立体视图、主视图及A-A剖视图；图16 (a)、图16 (b)和图16 (c)分别是广义波导连续缝隙节单极化辐射单元施加线源激励时的立体视图、主视图及A-A剖视图；图17(a)是广义波导连续缝隙节双极化辐射单元的立体视图；图17(b)是广义波导连续缝隙节双极化辐射单元的一个端口施加线源激励的原理示意图；图17(c)是广义波导连续缝隙节双极化辐射单元形成双圆极化辐射单元的原理示意图；图18是广义波导连续缝隙节辐射单元组成串馈平面阵列天线时的立体视图；图19是由广义波导连续缝隙节辐射单元组成的串馈平面阵列天线在E面形成频率扫描方向图的原理示意图；图20 (a)和图20 (b)是机械扫描激励线源施加于由广义波导连续缝隙节辐射单元组成的串馈平面阵列天线输入端口时，H面形成扫描方向图的原理示意图；图21 (a)和图21 (b)是相位扫描激励线源施加于由广义波导连续缝隙节辐射单元组成的串馈平面阵列天线输入端口时，H面形成扫描方向图的原理示意图；图22是可以实现双极化的正交广义波导连续缝隙节阵列天线原理图；图23 (a)、图23(b)和图23(c)分别是图15 (a)、图15 (b)和图15(c)所示的广义波导连续缝隙节径向辐射单元组成同心圆环阵列天线时的立体视图、主视图及A-A剖视图；图和图M(b)是典型的广义波导连续缝隙节阵列天线的连续加工过程，包括成型、金属化和修边；图25是广义波导连续缝隙节阵列天线的分步加工过程，包括开模、金属化和修边；图^(a)、图^(b)和图^(C)分别是E面弯曲广义波导连续缝隙节单本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．辐射单元，其特征在于，包括介质结构和金属结构；介质结构分为两部分，第二部分介质横向突出于第一部分介质的上表面；金属结构也分为两部分，第一部分金属导体层覆盖在第一部分介质的下表面，第二部分金属导体层覆盖在第一部分介质的上表面和第二部分介质的侧壁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建江，
申请(专利权)人：刘建江，
类型：实用新型
国别省市：11