一种小型化宽带天线装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及宽带天线设计及小型化技术领域，具体的说是一种适用于雷达和通信 等无线电系统中的小型化宽带天线装置。
【背景技术】：
[0002] 超宽带雷达系统具有探测分辨率高、抗干扰能力强等优点，在军用和民用等领域 应用广泛，发展潜力巨大。在无线电侦察和无源被动检测与跟踪领域，宽带和超宽带的雷达 系统发挥着重要作用。宽带天线及其阵列是宽带雷达系统的重要组成部分，其性能对整机 性能有着重要的影响。超宽带天线的小型化、波束赋形、双极化W及极化可重构等技术已成 为目前及未来超宽带天线领域的发展趋势。由于侦察或跟踪的信号带宽范围很宽，因此要 求宽带雷达的天线或阵列在很宽的频带范围内具有较好的匹配性能和福射性能，即要求具 有较为平稳的电压驻波比（VSWR)、较为平滑的福射方向图、较宽的波束覆盖范围和较高的 福射增益等性能指标，进而实现对空间福射源信号的有效接收。尤为重要的是，宽带雷达天 线的实际安装平台的尺寸往往十分有限，例如:弹载等飞行器安装平台的情况，运时，宽带 天线或者天线阵列必须实现小型化设计，即有效减小天线在低频段的尺寸，W达到能够在 给定空间中放置预期要求的天线或者天线阵列，而且天线本身仍可W实现较好的输入端的 阻抗匹配、福射方向图和满足要求的福射增益。
[0003] 对数周期天线是一种非频变天线，一般情况下，对数周期天线采用金属杆状结构， 用一对传输线(通常称为集合线)进行馈电，馈源接在短振子一端，用同轴线馈电时，同轴线 从长振子端的双线(管）中的任一根穿入，从短振子端穿出，同轴线内导体与双线的另一根 道题在末端连接，同轴线外导体与它穿过的双线的导体末端连接;传统的金属杆状结构的 对数周期天线结构复杂，安装和固定困难。随着大规模集成电路的发展，出现了重量轻、易 于制作、易于集成的印刷型平面对数周期天线;运种天线把交叉馈电的振子分别印刷在两 块介质片上，集合线为平行双线，用同轴线直接从短振子端馈电。单层LPDA是将福射振子和 集合线分别印制在同一块微带基板的两面，对于传统的对数周期偶极子阵列是从短振子端 馈电亦从短振子端福射，运虽有利于阻抗匹配，但低频分量和高频分量在工作时走过的电 距离不等，会造成结构色散。
【发明内容】
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[0004] 本发明针对现有技术存在的缺点和不足，提出了一种馈电方式简单方便、易于实 现W及成本低廉的背腔式波束控制的小型化宽带天线装置。
[000引本发明可W通过W下措施达到：
[0006] -种小型化宽带天线装置，其特征在于设有微带对数周期天线、金属腔体，其中金 属腔体采用长方体，金属腔体底部设有微波吸波材料层，金属腔体的侧壁也设有微波吸波 材料层，微带对数周期天线置于金属腔体内，在微带对数周期天线的介质基板两侧对称设 置高介电常数的微波介质层，所述高介电常数的微波介质层对应放置在微带对数周期天线 中低频振子所在位置处。
[0007] 本发明所述的微带对数周期天线为微带印刷电路结构，便于加工和制作，精度较 高，对数周期天线所有振子尺寸和振子之间的距离遵循一定的比例关系，如果用T来表示该 比例系数也即比例因子，则要求：
（巧;式中Ln为第n个对称 振子的全长;an为第n个对称振子的宽度;Rn为第n个对称振子到天线虚拟"顶点"的距离;n为 对称振子的序列编号，从距离馈电点最远的振子算起，也就是最长的振子编号为"1"。
[0008] 本发明中，为了实现低频段的振子等分形曲折线，采用了不同的比例因子，运些比 例因子表示为：
[0010]本发明中，对低频振子采用曲折线结构，采用曲折线技术后，对数周期天线的横向 尺寸得到有效减小，采用曲折线结构的低频振子个数为5个;具体方法是控制矩形曲折线的 分段个数和垂直于振子方向的折线高度，采用电磁仿真优化的方法，基于驻波比和方向图 性能，确定曲折线振子的结构参数;在集合线底部，即靠近低频振子处，加载宽带匹配负载， 吸收低频段的反射波信号，进一步改善低频段的电压驻波比性能;微带印刷对数周期偶极 天线的设计是在一般对数周期天线的基础上，考虑微带基板的影响，增加微带基板后，天线 的有效介电常数发生变化，因此，需要准确地求出有效介电常数，然后将其对应的参数进 行变换，变换到介质板上后进行设计;有效介电常数可表示为：
(7);式中，Er为基板的介电 常数，h为基板的厚度，W为集合线宽度，Ee为有效介电常数，C为光速。
[0012] 本发明中的超宽带对数周期天线由两层介质基板组成，上层介质基板和下层介质 基板选择相同介电常数的板材，在上层介质基板的上表面和下层介质基板的下表面分别蚀 刻出对称振子阵列；下层介质基板的上表面放置微带渐变线己伦的微带信号线W及微带传 输线的均匀段部分;在微带渐变线己伦的平行双线部分，信号线的顶部采用金属过孔分别 和上层介质基板上的集合线的上端短接，实现平衡馈电；在微带渐变线的己伦的均匀微带 传输线部分，同轴电缆和微带线连接，实现同轴线的不平衡馈电。
[0013] 本发明中的己伦为超宽带的微带渐变线己伦，己伦的微带信号线放置于下层介质 基板的上表面，下曾介质基板的集合线作为微带渐变线己伦的金属地板，己伦的功能是实 现平行双线的平衡馈电到同轴线的不平衡馈电的转换，同时也有一定的阻抗变换功能。本 发明采用直线式变换的微带传输线己伦结构，在不平衡一侧，引出一段特性阻抗为50欧姆 的均匀微带传输线，它与同轴电缆连接。
[0014] 本发明设计的超宽带微带渐变线己伦如图5所示，其结构参数的定义如图6所示， 其中，L_Balun为直线渐变线己伦的长度，W_Balun_feed为平行双线的宽度，W_Balun_MS为 在与同轴线连接的均匀微带线的信号线导带宽度，W_Balun_Gnd为与同轴线连接的均匀微 带线的地板宽度，均匀微带线的特性阻抗为50欧姆。
[0015] 在本发明中，在低频振子所在位置的微带对数周期天线介质基板的两侧，对称放 置高介电常数的微波介质材料，例如相对介电常数为9.6、10.2、16或者更高的微波介质材 料，目的是基于等效介电常数的概念，有效减缩低频振子对应的导波波长，实现低频段振子 长度的缩减，低频段的电路匹配和福射性能获得改善。同时，加载的高介电常数的厚度和高 度适当，减量减小对高频振子的福射特性的影响。加载的高介电常数的微波介质材料的厚 度和高度由全波电磁仿真技术和实验最终确定。
[0016] 本发明相对于现有技术，具有馈电方式简单方便、易于实现W及成本低廉等显著 的优点。
【附图说明】：
[0017] 附图1(a)是本发明的整体结构模型。
[0018] 附图1(b)是本发明中对数周期天线的结构模型。
[0019] 附图I(C)是本发明中介质加载的小型化宽带微带对数周期天线的结构模型。
[0020] 附图2是本发明中微带对数周期天线的结构示意图，图2(a)天线的侧视图及参数 定义，图2(b)天线的俯视图及参数定义。
[0021] 附图3是本发明中数周期天线的基本结构示意图。
[0022] 附图4本发明中的介质加载对数周期天线的馈电结构示意图，其中图4(a)是俯视 图，图4(b)是后视图，图4(c)是主视图。
[0023] 附图5是本发明中微带对数周期天线微带渐变线己伦模型，图5(a)是从馈电微带 线的底板一侧看的示意图，图5(b)是馈电微带线的微带线一侧看去的示意图。
[0024] 附图6是本发明中微带渐变线己伦的结构示意图。
[0025] 附图7是本发明中介质加载对数周期天线的回波损耗仿真结果。
[0026] 附图8是本发明实施例中对数周期天线在XOZ面的增益方向图仿真结果。
[0027] 附图9是本发明实施例中对数周期天线在XOZ面的轴比方向图仿真结果。
[0028] 附图10是本发明实施例中对数周期天线在yoz面的增益方向图仿真结果。
[0029] 附图11是本发明实施例中对数周期天线在yoz面的轴比方向图仿真结果。
[0030] 附图12是本发明设计的超宽带天线的3地波束宽度随频率的变化曲线。
[0031] 附图13是本发明设计