一种双极化超宽带宽角扫描Vivaldi天线阵列的制作方法

本发明涉及一种用于接收或发射超宽带毫米波波段电磁波的vivaldi天线，尤其涉及的是一种双极化超宽带宽角扫描vivaldi天线阵列。

背景技术

21世纪的宇宙学仍有很多基本问题亟待解决，例如：基本粒子和基本作用力的本质，宇宙的形成及演化，暗物质的起源，行星系统的生成等。这就需要天文学家进一步观测早期宇宙结构，即需要建造有更高灵敏度和视场(巡天速度)的望远镜。不论是地面还是天空，都将有许多新一代的望远镜被建造，例如ska(squarekilometrearray)。国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜(ska)是由全球超过十个国家计划合资建造的、世界最大综合孔径射电望远镜。将建在澳大利亚、南非及南部非洲8个国家的无线电宁静区域，由分布在3000公里范围内的约2500面15米口径碟型天线、250个直径约60米的致密孔径阵列，以及100万个对数周期天线组成的稀疏孔径阵列组成，其接收面积约1平方公里，频率覆盖50mhz-20ghz。ska预计比目前最大的射电望远镜阵(jvla)的灵敏度提高约50倍，巡天速度提高约10000倍。而vivaldi天线阵列将作为ska的重要候选单元。

作为常用宽带阵列天线单元，vivaldi天线具有宽带宽，高增益、体积小、重量轻等优点，同时具有良好的时域特性。系统要求天线的工作频带在中频，实现宽角扫描，低副瓣。与此同时，系统噪声过大常常是阵列的问题，而系统的低噪声主要由第一级低噪声放大器来实现。天线与低噪声放大器之间的任何组件均会对系统噪声以及匹配有不同程度的恶化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：现有vivaldi天线超宽带宽角扫描效果不好，提供了一种双极化超宽带宽角扫描vivaldi天线阵列。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括天线基座和多个阵列式排布在基座上的金属阵子，每个金属阵子包括四个沿圆周相隔90°设置的天线臂，相邻的两个金属阵子拼接在一起，相邻金属阵子上的相邻的两个天线臂拼接在一起构成一个天线单元，相邻金属阵子上的相邻的两个天线臂通过微带板连接。

每个天线单元的谐振腔为五边形，每个微带板上具有扇形枝节，所述扇形枝节与天线单元的谐振腔互耦。

所述微带板上还具有50～75ω的馈电巴伦，所述馈电巴伦的一端连通到扇形枝节，另一端连接有sma接头。

所述微带板为介质板，介质板选用rogers4003板材，介质板厚度为1mm。

所述微带板上具有第一连接孔，第二连接孔和第三连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔依次设置在微带板的下部，第三连接孔设置在微带板的上部，所述第一连接孔、第二连接孔和第三连接孔在微带板底部的投影为依次分布。

每个金属阵子包括第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂，所述第一天线臂和第三天线臂连为第一平面，第二天线臂和第四天线臂连为第二平面，所述第一平面和第二平面相互垂直，每个天线臂的底部外端都开设有用于拼接另一个金属阵子上天线臂的拼接凹陷部，每个拼接凹陷部的凹陷厚度为天线臂厚度的一半，所述拼接凹陷部上开设连接通孔，所述第二连接孔和相邻金属阵子上的相邻两个天线臂上的连接通孔通过螺钉连接。

所述第一天线臂和第三天线臂上设有与所述微带板上第三连接孔相匹配的螺丝装配孔。

所述第一天线臂和第二天线臂的底部开设有sma接口凹槽。

所述第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂的相互连接处开设有用于固定的底部连接孔。

所述天线基座有多个阵列式排布的连接单元，每个连接单元包括位于直角三角形三个顶点的三个连接点，位于直角顶点上的连接点通过螺丝固定底部连接孔，位于两个锐角顶点上的连接点连接sma接口凹槽。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的vivaldi天线阵列，解决了超宽带宽角扫描的问题。通过对天线参数的优化，可实现0.3-1.5ghz的工作频带，+/-45°的宽角扫描，以及-13db的最大副瓣。满足系统要求，即系统噪声越小，阵列有效孔径要求越小，从而天线单元数，lna单元数，数据处理模块等均能有效减少，进一步大大降低整个系统的成本。本发明通过设计微带板巴伦，实现降低噪声，从而大大减低成本。

附图说明

图1是本发明的天线单元结构示意图；

图2是微带板的结构示意图；

图3是金属阵子的主视图；

图4是金属阵子的三维图；

图5是金属阵子的仰视图；

图6是天线基座的结构示意图；

图7是本发明的9*10*2的阵列示意图；

图8是天线单元的有源驻波图；

图9是9*10*2阵列的有源驻波图；

图10是9*10*2阵列的方向图；

图11是9*10*2阵列的极化特性。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图7所示，本实施例包括天线基座1和多个阵列式排布在基座上的金属阵子2，每个金属阵子2包括四个沿圆周相隔90°设置的天线臂，相邻的两个金属阵子2拼接在一起，相邻金属阵子2上的相邻的两个天线臂拼接在一起构成一个天线单元3，相邻金属阵子2上的相邻的两个天线臂通过微带板4连接。

如图1和图2所示，每个天线单元3的谐振腔31为五边形，每个微带板4上具有扇形枝节41，所述扇形枝节41与天线单元3的谐振腔31互耦。将正方形谐振腔31改为五边形谐振腔31，适当的利用扇形枝节41与谐振腔31之间的互耦，进一步改善天线的阻抗匹配特性。

所述微带板4上还具有50～75ω的馈电巴伦42，所述馈电巴伦42的一端连通到扇形枝节41，另一端连接有sma接头。实现阻抗变换，后面接sma接头，实现馈电，降低系统噪声。

所述微带板4为介质板，介质板选用rogers4003板材，介质板厚度为1mm。

所述微带板4上具有第一连接孔43，第二连接孔44和第三连接孔45，所述第一连接孔43和第二连接孔44依次设置在微带板4的下部，第三连接孔45设置在微带板4的上部，所述第一连接孔43、第二连接孔44和第三连接孔45在微带板4底部的投影为依次分布。

如图3、4、5所示，每个金属阵子2包括第一天线臂21、第二天线臂22、第三天线臂23和第四天线臂24，所述第一天线臂21和第三天线臂23连为第一平面，第二天线臂22和第四天线臂24连为第二平面，所述第一平面和第二平面相互垂直，每个天线臂的底部外端都开设有用于拼接另一个金属阵子2上天线臂的拼接凹陷部25，每个拼接凹陷部25的凹陷厚度为天线臂厚度的一半，所述拼接凹陷部25上开设连接通孔26，所述第二连接孔44和相邻金属阵子2上的相邻两个天线臂上的连接通孔26通过螺钉连接。对于拼接凹陷部25的设计，能够实现与下一单元完美对接。为了实现更好的连接，第一连接孔43与金属阵子2底部另外开设的加固连接孔20。

所述第一天线臂21和第三天线臂23上设有与所述微带板4上第三连接孔45相匹配的螺丝装配孔27。

所述第一天线臂21和第二天线臂22的底部开设有sma接口凹槽29。

所述第一天线臂21、第二天线臂22、第三天线臂23和第四天线臂24的相互连接处开设有用于固定的底部连接孔28。

如图6所示，所述天线基座1有多个阵列式排布的连接单元11，每个连接单元11包括位于直角三角形三个顶点的三个连接点，位于直角顶点上的连接点通过螺丝固定底部连接孔28，位于两个锐角顶点上的连接点连接sma接口凹槽29，这两个锐角处的连接点即为馈电点，可接sma接头。由此可完全固定天线单元3。由图8～11可以看出，本发明实现了在300～1500mhz上的±45°宽角扫描，以及双极化，低副瓣等特性；此外本发明涉及的加载巴伦的微带板4，大大降低了系统噪声，以及后续工作开发成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。