一種低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線的制作方法
【專利摘要】一種副低瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，它涉及一種介質(zhì)棒天線。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的介質(zhì)棒天線體積大、阻抗帶寬范圍小以及副瓣電平較高的問題。第一介質(zhì)圓臺段、第一介質(zhì)圓柱段、第二介質(zhì)圓臺段、第二介質(zhì)圓柱段和第三介質(zhì)圓臺段依次連接為一體，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段為子彈頭形狀，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段的大端與第三介質(zhì)圓臺段的大端固接為一體，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段的大端外徑與第三介質(zhì)圓臺段的大端外徑一致設(shè)置，燕尾錐削段沿介質(zhì)棒天線的長度方向固裝在轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段上，燕尾錐削段的位于介質(zhì)棒天線的尾部，矩形波導(dǎo)沿介質(zhì)棒天線的長度方向固套在轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段和燕尾錐削段上，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段和燕尾錐削段位于矩形波導(dǎo)內(nèi)。本發(fā)明用于被動毫米波成像系統(tǒng)。
【專利說明】—種低副辦電平的8mm波段介質(zhì)棒天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于被動毫米波成像系統(tǒng)饋源天線的介質(zhì)棒天線，屬于電磁場與微波【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]毫米波成像是利用毫米波接收天線接收目標(biāo)與背景所發(fā)射的相應(yīng)頻段電磁波、使用毫米波輻射計放大信號、運用信號處理軟件加工處理、分析成像的總稱。天線被動地接收目標(biāo)和背景所輻射的毫米波能量，目標(biāo)與背景的毫米波發(fā)射率不同，比如金屬、大氣冷空的毫米波發(fā)射率就很低，在成像結(jié)果中一般被顯示為白色，而生物體或者是相應(yīng)頻段的電磁波發(fā)射設(shè)備的毫米波發(fā)射率就比較高，在成像結(jié)果中一般顯示為黑色，介于白色與黑色之間的能量值以漸進的灰度排布，這種分辨不同物體的成像方式與紅外線的熱探測成像類似，因此毫米波成像也可以稱為毫米波熱輻射成像。
[0003]一方面，為了提供足夠的空間分辨率，要求透鏡或者反射面天線焦平面上的饋源分布較為緊密，故必須使用較小截面的饋源。另一方面，饋源天線必須以盡可能低的溢出損耗為透鏡提供有效的照射，這需要天線具有較高的增益，通常會使天線具有很大的橫截面。這個矛盾是設(shè)計焦平面陣列亟待解決的問題。很多文獻提出過各種喇叭天線、印刷偶極子或者漸變縫隙天線，但這些饋源有的不能夠?qū)ν哥R及反射器提供良好的照射；有的不能緊密排列；有的交叉極化隔離度較差。工作于Ka波段的饋源天線，要求小截面、高增益、低副瓣、低互耦，易于排列成緊密的陣列，滿足系統(tǒng)高分辨率的采樣要求。這要求饋源天線既要有較高的增益，又要減小口面的大小。
[0004]現(xiàn)有的介質(zhì)棒天線形狀各異，但歸根結(jié)底都要是實現(xiàn)工作頻點的高增益，以及較低的副瓣天平。由于在被動式毫米波成像系統(tǒng)中，天線的應(yīng)用以陣列形式出現(xiàn)，而且為了減小系統(tǒng)整機的空間尺寸，或者去符合成像視場的要求，需要天線陣列的排布盡可能緊密，這就對天線單元的副瓣電平提出了較高的要求。副瓣電平較高，即沿主波束輻射方向較小的立體角度內(nèi)有其他輻射分量，這會影響周圍的天線正常工作，這種互耦現(xiàn)象是天線組成陣列時最亟待解決的問題。在設(shè)計介質(zhì)棒天線時，對于增益下降來說，可以通過電路進行一定的補償，甚至是只要保證不低于某項指標(biāo)即可，但副瓣電平?jīng)Q定了天線單元之間的最小距離。
[0005]綜上，現(xiàn)有的介質(zhì)棒天線體積大、阻抗帶寬范圍小以及副瓣電平較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決現(xiàn)有的介質(zhì)棒天線體積大、阻抗帶寬范圍小以及副瓣電平較高的問題，進而提供了一種低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明的低副瓣電平的8_波段介質(zhì)棒天線包括第一介質(zhì)圓臺段、第一介質(zhì)圓柱段、第二介質(zhì)圓臺段、第二介質(zhì)圓柱段、第三介質(zhì)圓臺段、轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段、燕尾錐削段和矩形波導(dǎo)，第一介質(zhì)圓臺段的大端與第一介質(zhì)圓柱段的一端固接為一體，第一介質(zhì)圓臺段的大端外徑與第一介質(zhì)圓柱段的外徑一致設(shè)置，第一介質(zhì)圓柱段的另一端與第二介質(zhì)圓臺段的小端固接為一體，第一介質(zhì)圓柱段的外徑與第二介質(zhì)圓臺段的小端外徑一致設(shè)置，第二介質(zhì)圓臺段的大端與第二介質(zhì)圓柱段的一端固接為一體，第二介質(zhì)圓臺段的大端外徑與第二介質(zhì)圓柱段的外徑一致設(shè)置，第二介質(zhì)圓柱段的另一端與第三介質(zhì)圓臺段的小端固接為一體，第二介質(zhì)圓柱段的外徑與第三介質(zhì)圓臺段的小端外徑一致設(shè)置，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段為子彈頭形狀，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段的大端與第三介質(zhì)圓臺段的大端固接為一體，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段的大端外徑與第三介質(zhì)圓臺段的大端外徑一致設(shè)置，燕尾錐削段沿介質(zhì)棒天線的長度方向固裝在轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段上，燕尾錐削段的位于介質(zhì)棒天線的尾部，矩形波導(dǎo)沿介質(zhì)棒天線的長度方向固套在轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段和燕尾錐削段上，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段和燕尾錐削段位于矩形波導(dǎo)內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
[0010]本發(fā)明的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線采用波導(dǎo)口饋電，波導(dǎo)內(nèi)的阻抗匹配采用了介質(zhì)材料燕尾錐削的結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的介質(zhì)棒天線相比，阻抗帶寬達到了 24.9GHz?41.7GHz，即大大增加了阻抗帶寬的范圍；本發(fā)明的介質(zhì)棒的圓臺結(jié)構(gòu)與圓柱結(jié)構(gòu)交替排布，可實現(xiàn)阻抗匹配的功能，并完成介質(zhì)棒尖端向矩形波導(dǎo)尺寸的過渡；再通過燕尾錐削，將電磁波被吸收進矩形波導(dǎo)，最后進入電路部分，形成電信號送入數(shù)據(jù)處理模塊生成黑白圖像；與現(xiàn)有的介質(zhì)棒天線相比，逐級減小的橫截面保證了天線的高增益，天線增益達到了G > 15dB ;過渡段的結(jié)構(gòu)使得天線的橫截面尺寸逐漸變小，使得天線的方向圖的副瓣電平低，副瓣電平SLL < -22dB ；
[0011]本發(fā)明的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的低副瓣電平的8mm波段的介質(zhì)棒天線整體結(jié)構(gòu)立體圖，圖2是本發(fā)明的低副瓣電平的8_波段的介質(zhì)棒天線立體圖(省略矩形波導(dǎo)8)，圖3是天線的S參數(shù)示意圖(從圖中可以看出，天線在24.9?41.7GHz范圍內(nèi)反射系數(shù)| S111小于_20dB)，圖4為頻率f = 35GHz時直角坐標(biāo)系下的遠場方向圖，從圖中可以看出增益的最大值(15.22dB)和副瓣電平(22.79dB);圖5為頻率f = 35GHz時E面方向圖，圖6為頻率f =35GHz時H面方向圖。

【具體實施方式】
[0013]【具體實施方式】一:如圖1?6所示，本實施方式的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線包括第一介質(zhì)圓臺段1、第一介質(zhì)圓柱段2、第二介質(zhì)圓臺段3、第二介質(zhì)圓柱段4、第三介質(zhì)圓臺段5、轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段6、燕尾錐削段7和矩形波導(dǎo)8，第一介質(zhì)圓臺段I的大端與第一介質(zhì)圓柱段2的一端固接為一體，第一介質(zhì)圓臺段I的大端外徑與第一介質(zhì)圓柱段2的外徑一致設(shè)置，第一介質(zhì)圓柱段2的另一端與第二介質(zhì)圓臺段3的小端固接為一體，第一介質(zhì)圓柱段2的外徑與第二介質(zhì)圓臺段3的小端外徑一致設(shè)置，第二介質(zhì)圓臺段3的大端與第二介質(zhì)圓柱段4的一端固接為一體，第二介質(zhì)圓臺段3的大端外徑與第二介質(zhì)圓柱段4的外徑一致設(shè)置，第二介質(zhì)圓柱段4的另一端與第三介質(zhì)圓臺段5的小端固接為一體，第二介質(zhì)圓柱段4的外徑與第三介質(zhì)圓臺段5的小端外徑一致設(shè)置，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段6為子彈頭形狀，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段6的大端與第三介質(zhì)圓臺段5的大端固接為一體，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段6的大端外徑與第三介質(zhì)圓臺段5的大端外徑一致設(shè)置，燕尾錐削段7沿介質(zhì)棒天線的長度方向固裝在轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段6上，燕尾錐削段7的位于介質(zhì)棒天線的尾部，矩形波導(dǎo)8沿介質(zhì)棒天線的長度方向固套在轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段6和燕尾錐削段7上，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段6和燕尾錐削段7位于矩形波導(dǎo)8內(nèi)。
[0014]本發(fā)明的介質(zhì)棒天線可用于被動式毫米波成像系統(tǒng)中，作為接收來自人體及其背景的電磁波，所述電磁波中心頻率為35GHz，對應(yīng)波長約為8mm。
[0015]【具體實施方式】二:如圖1所示，本實施方式矩形波導(dǎo)8的橫截面尺寸為7.112mmX3.556mm。如此設(shè)計，可以和適用于35GHz電磁波單模傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)BJ320很好地連接。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0016]【具體實施方式】三:如圖1所示，本實施方式第一介質(zhì)圓臺段I的小端外徑為2mm。如此設(shè)計，可以很大限度地降低為換取低副瓣而產(chǎn)生的增益損失。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一或二相同。
[0017]【具體實施方式】四:如圖1所不，本實施方式第一介質(zhì)圓柱段2的外徑為3mm,第一介質(zhì)圓柱段2的長度為12mm。如此設(shè)計，可以利用介質(zhì)棒頂部較長的漸變結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的表面波。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】三相同。
[0018]【具體實施方式】五:如圖1所示，本實施方式第二介質(zhì)圓臺段3大端的外徑為4mm，第一介質(zhì)圓柱段2、第二介質(zhì)圓臺段3和第二介質(zhì)圓柱段4的長度均為4_。如此設(shè)計,可以增大介質(zhì)棒的平均橫截面積，使介質(zhì)棒在較小的軸向長度條件下抑制副瓣天平。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二或四相同。
[0019]【具體實施方式】六:如圖1所示，本實施方式第三介質(zhì)圓臺段5的大端外徑為7.112mm，第三介質(zhì)圓臺段5的長度為6mm。如此設(shè)計，剛好與波導(dǎo)的內(nèi)長邊銜接，減少電磁波的泄漏，使表面波穩(wěn)定地注入波導(dǎo)。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】五相同。
[0020]【具體實施方式】七:如圖1所示，本實施方式轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段6的長度為8mm。如此設(shè)計，實現(xiàn)了圓橫截面的介質(zhì)棒與矩形波導(dǎo)的過渡，匹配效果較好。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二、四或六相同。
[0021]【具體實施方式】八:如圖1所示，本實施方式燕尾錐削段7的尾翼長度為16mm。如此設(shè)計，可以利用錐削的漸變結(jié)構(gòu)實現(xiàn)匹配，降低中心頻率處的反射系數(shù)。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二、四或六相同。
[0022]工作原理:
[0023]對于人體這類恒溫生物體來說，其輻射出的電磁波的電平值相比于背景環(huán)境(尤其是金屬)是較高的，毫米波成像正是靠這種電平值對應(yīng)的亮溫的差異進行成像與圖像識另II。當(dāng)電磁波福射到天線上時，電磁波會在天線的介質(zhì)棒前端會形成表面電磁波，進而穿入介質(zhì)，在介質(zhì)內(nèi)傳播。本發(fā)明的介質(zhì)棒的圓臺結(jié)構(gòu)與圓柱結(jié)構(gòu)交替排布，可實現(xiàn)阻抗匹配的功能，并完成介質(zhì)棒尖端向矩形波導(dǎo)尺寸的過渡。再通過燕尾錐削，將電磁波被吸收進矩形波導(dǎo)，最后進入電路部分，形成電信號送入數(shù)據(jù)處理模塊生成黑白圖像。
【權(quán)利要求】
1.一種低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，其特征在于:所述介質(zhì)棒天線包括第一介質(zhì)圓臺段(1)、第一介質(zhì)圓柱段(2)、第二介質(zhì)圓臺段(3)、第二介質(zhì)圓柱段(4)、第三介質(zhì)圓臺段(5)、轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段￠)、燕尾錐削段(7)和矩形波導(dǎo)(8)，第一介質(zhì)圓臺段(1)的大端與第一介質(zhì)圓柱段(2)的一端固接為一體，第一介質(zhì)圓臺段(1)的大端外徑與第一介質(zhì)圓柱段(2)的外徑一致設(shè)置，第一介質(zhì)圓柱段(2)的另一端與第二介質(zhì)圓臺段(3)的小端固接為一體，第一介質(zhì)圓柱段(2)的外徑與第二介質(zhì)圓臺段(3)的小端外徑一致設(shè)置，第二介質(zhì)圓臺段(3)的大端與第二介質(zhì)圓柱段(4)的一端固接為一體，第二介質(zhì)圓臺段(3)的大端外徑與第二介質(zhì)圓柱段(4)的外徑一致設(shè)置，第二介質(zhì)圓柱段(4)的另一端與第三介質(zhì)圓臺段(5)的小端固接為一體，第二介質(zhì)圓柱段(4)的外徑與第三介質(zhì)圓臺段(5)的小端外徑一致設(shè)置，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段(6)為子彈頭形狀，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段￠)的大端與第三介質(zhì)圓臺段(5)的大端固接為一體，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段￠)的大端外徑與第三介質(zhì)圓臺段(5)的大端外徑一致設(shè)置，燕尾錐削段(7)沿介質(zhì)棒天線的長度方向固裝在轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段(6)上，燕尾錐削段(7)的位于介質(zhì)棒天線的尾部，矩形波導(dǎo)(8)沿介質(zhì)棒天線的長度方向固套在轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段(6)和燕尾錐削段(7)上，轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段(6)和燕尾錐削段(7)位于矩形波導(dǎo)(8)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，其特征在于:矩形波導(dǎo)(8)的橫截面尺寸為7.112mmX3.556mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，其特征在于:第一介質(zhì)圓臺段(1)的小端外徑為2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，其特征在于:第一介質(zhì)圓柱段(2)的外徑為3mm,第一介質(zhì)圓柱段(2)的長度為12mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，其特征在于:第二介質(zhì)圓臺段(3)大端的外徑為4_，第一介質(zhì)圓柱段(2)、第二介質(zhì)圓臺段(3)和第二介質(zhì)圓柱段⑷的長度均為4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，其特征在于:第三介質(zhì)圓臺段(5)的大端外徑為7.112mm,第三介質(zhì)圓臺段(5)的長度為6mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，其特征在于:轉(zhuǎn)換介質(zhì)過渡段(6)的長度為8_。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低副瓣電平的8mm波段介質(zhì)棒天線，其特征在于:燕尾錐削段(7)的尾翼長度為16mm。
【文檔編號】H01Q13/24GK104300230SQ201410482279
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】董佳鑫, 王楠楠, 劉北佳, 付彥志, 張雨薇 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)