一种小型化宽波束微带天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微带天线技术领域，具体涉及一种小型化宽波束微带天线，可适用多种类型雷达天线，特别适用于高分辨率合成孔径雷达成像和大角度扫描相控阵雷达。
【背景技术】
[0002]“大角度扫描相控阵”一直以来都是相控阵研宄领域的热点和难点。近代无线通信需求的扩展和遥感探测技术的发展给大角度扫描相控阵提供了更加广阔的应用领域。关于“相控阵大角度扫描”的研宄最早可以上溯至上个世纪60、70年代。起初人们采用机械等方式转动雷达平台，从而获得较大的扫描区域。这种与机械转动相结合的方式并未从物理本质上找出制约相控阵大角度扫描的因素，但这种方式在战争中还是体现出其巨大的应用价值。上个世纪70年代之后，人们逐步从本质上认识到制约相控阵大角度扫描的因素，并提出了若干的解决方法，如文献“Multimode phased array element for widescan angle impedance matching(Proceedings of the IEEE, 1968，51 (11):1951-1959，R.Tang and N.S.Wong.)，，以及文献“Wide-angle scan of linear arrays (IEEE AP-S, NewYork, 1978, 174-177，J.Anderson and A.Zagh1u1.) ”。其中采用具有宽波束的单元构成相控阵实现大角度扫描的方法影响尤为深远。
[0003]具备大角度扫描能力的天线单元类型有:槽缝天线(线性锥形开槽、指数锥形开槽等)、偶极子天线(同轴偶极子、印刷微带偶极子等)、螺旋天线(平面螺旋、四臂螺旋等)和宽波束微带天线等。需要强调的是，偶极子天线的辐射方向图往往在H面上的辐射具有全向性，而在与其垂直的E面的辐射波束宽度就只有60度左右，这种波束特性就更适合做一面宽波束、另一面窄波束的一维扫描相控阵天线单元。此外，针对宽波束微带天线而言，通过采用某些新颖的设计思路和参数优化，不仅可以使其具有很大的波束宽度，还可以达到50%以上的带宽且实现小型化。
[0004]在某些SAR雷达系统中，天线的小型化可以使得在指定的区域内放置更多的天线阵元，这对改善雷达的成像质量是有一定好处的。现有的微带天线小型化技术主要有两种，一种是在辐射贴片下采用短路壁或者短路探针，另一种是采用U形缝隙或者L型探针激励。但两种微带天线都存在阻抗带宽小且E面和H面方向图波束宽度仅局限在80度以内的缺点。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种小型化宽波束微带天线，其阻抗带宽大于50% (VSWR ^ 2),在E面和H面都有很好的宽波束特性，波束宽度均大于120度，能满足二维相控阵大角度扫描的要求，而且天线为平面结构，易于加工，易于与载体共形，用途广泛。
[0006]本发明的一种小型化宽波束微带天线，包括微带介质板和金属底座，其中:
[0007]所述微带介质板的一侧平面上加工有辐射贴片、寄生贴片和条形焊盘；所述寄生贴片具有矩形缺口，所述辐射贴片嵌入在所述寄生贴片的矩形缺口中，所述辐射贴片与寄生贴片的矩形缺口平齐的端面上有凸起，所述辐射贴片的嵌入部分与所述矩形缺口之间留有间隙；所述条形焊盘加工在所述微带介质板上与寄生贴片相对的一端；
[0008]所述微带介质板的一侧平面中心设置有圆形焊盘，在所述圆形焊盘上开有贯穿辐射贴片的金属化过孔；
[0009]所述金属底座由上长方体和下长方体组合而成，所述金属底座上开有贯穿两个长方体的射频连接头安装孔；
[0010]所述微带介质板加工有寄生贴片的一侧朝下放置于金属底座中上长方体的端面上，其中，所述寄生贴片与条形焊盘分别与上长方体端面焊接在一起；
[0011]所述射频连接头从所述金属底座的下端穿入所述射频连接头安装孔中，射频连接头的探针从所述金属化过孔中穿出，并焊接在所述圆形焊盘上。
[0012]较佳的，所述金属底座的上长方体上端面沿所述条形焊盘的方向加工有贯穿的凹槽。
[0013]进一步的，在所述上长方体的外围包覆有工作频率为6GHz至35GHz的吸波材料，所述吸波材料的上端低于所述上长方体中凹槽的下底面。
[0014]较佳的，所述微带介质板的尺寸参数如下:
[0015]所述微带介质板的尺寸为6.5mm X 3.96mm ;所述寄生贴片的尺寸为3.96mmX3.42mm，其中矩形缺口的尺寸为1.72mmX2.36mm ;所述辐射贴片的嵌入部分与所述矩形缺口之间的间距为0.18mm ;所述条形焊盘的尺寸为1.0mmX 3.96mm。
[0016]较佳的，所述微带介质板材料采用罗杰斯5880射频板材，其介电常数为2.2，厚度为 0.254mm。
[0017]较佳的，所述射频连接头采用西安金波J.SMPM(M)-JYD-L型射频连接头。
[0018]较佳的，所述射频连接头安装方法为:通过在射频连接头安装孔(23)内壁涂覆焊锡膏用加热台进行焊接。
[0019]本发明具有如下有益效果:
[0020]本发明中的天线单元是在微带辐射贴片周围增加接地的U形寄生贴片，其特点是结构简单、体积小，而且能实现较大的阻抗带宽和宽波束性能。该结构的微带天线由于存在接地的U形寄生贴片，使得辐射贴片与U形寄生贴片间的缝隙引入了容抗，与探针的感抗分量相抵消，从而展宽了天线的带宽。若将本发明中天线的探针和辐射贴片视为单机子天线的一个臂，则缝隙引入的容抗等于对这个臂进行了顶端加载，这可以大大减小单机子天线的臂长，因此，辐射贴片的尺寸远小于普通微带天线的贴片尺寸一二分之一自由空间波长(7.5mm)。同时，压缩了辐射贴片的尺寸，在一定程度上起到展宽天线波束宽度的作用。天线金属底座上粘贴少量的适宜厚度的吸波材料，不仅可以改善组阵时天线阵元之间的互耦，还可以展宽天线的波束宽度。本发明提出的宽波束微带天线具结构体积小、加工工艺简单、一致性好等特点，适用于大角度扫描的二维相控阵中，具有良好的工程应用价值。
【附图说明】
[0021]图1是本发明提供的宽波束微带天线介质板示意图；
[0022]图2是本发明提供的宽波束微带天线金属底座示意图；
[0023]图3是本发明提供的宽波束微带天线HFSS仿真模型；
[0024]图4是本发明提供的宽波束微带天线驻波测试结果；
[0025]图5是本发明提供的宽波束微带天线的18GHz处的H面方向图；
[0026]图6是本发明提供的宽波束微带天线的20.5GHz处的H面方向图；
[0027]图7是本发明提供的宽波束微带天线的23GHz处的H面方向图；
[0028]图8是本发明提供的宽波束微带天线的18GHz处的E面方向图；
[0029]图9是本发明提供的宽波束微带天线的20.5GHz处的E面方向图；
[0030]图10是本发明提供的宽波束微带天线的23GHz处的E面方向图；
[0031]1-微带介质板，11-寄生贴片，12-福射贴片，13-条形焊盘，14-圆形焊盘，15-金属化过孔，2-金属底座，21-上长方体，22