本發(fā)明屬于光學(xué)/毫米波雙模復(fù)合探測用天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種毫米波八木天線，同時還涉及一種毫米波八木天線的制備方法。

背景技術(shù)：

采用光學(xué)(紫外、可見光和紅外)成像導(dǎo)引頭無論晝夜均可提供高分辨率的影像，但在大霧、濃煙、灰塵或雪天顯著降低其性能，而且光學(xué)探測不能給出目標(biāo)的距離和速度數(shù)據(jù)，毫米波雷達(dá)具有微波雷達(dá)的全天候和對煙、霧穿透良好等優(yōu)點(diǎn)，同時因波束較窄而具有更高的目標(biāo)分辨率，在車輛自主駕駛、飛機(jī)自主進(jìn)場著陸系統(tǒng)中，光學(xué)與毫米波雷達(dá)結(jié)合使用會顯著提高安全性，像美國的飛機(jī)自主進(jìn)場著陸系統(tǒng)AALC，使用8～12微米的長波光學(xué)與95GHz毫米波結(jié)合，在低云層、能見度為零的氣象條件下可實(shí)現(xiàn)安全著陸。

由于毫米波與光學(xué)波段兩者硬件差別大，結(jié)構(gòu)配置與安裝困難，天線與光學(xué)窗口的共口徑技術(shù)是毫米波/光學(xué)雙模探測與識別關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國內(nèi)外的毫米波/光學(xué)雙模復(fù)合形式主要有兩種形式：一是兩者均安裝在介質(zhì)的頂端，這種結(jié)構(gòu)配置方案雖然兩者共口徑，但毫米波天線和光學(xué)探測視場相互遮擋；另一種配置結(jié)構(gòu)方案是將一個光學(xué)尋的器安裝在導(dǎo)彈的頭部，而共形天線安裝在彈體上，這種方案雖然能較好利用導(dǎo)彈頭錐體內(nèi)的空間，但兩者不共口徑，結(jié)構(gòu)配置和數(shù)據(jù)融合難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種毫米波八木天線，將毫米波天線集成到光學(xué)介質(zhì)上,實(shí)現(xiàn)毫米波天線與光學(xué)窗口同軸、共口徑、共形，又能相互覆蓋整個視場。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種毫米波八木天線的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種毫米波八木天線，包括天線本體，所述天線本體包括沿輻射方向依次層疊設(shè)置的六層介質(zhì)基片；從上到下，第四層介質(zhì)基片的上表面設(shè)有有源振子、下表面設(shè)有接地板，第二層、第三層介質(zhì)基片的上表面相對位置均設(shè)有引向振子，第六層介質(zhì)基片的上表面相對位置設(shè)有反射振子；

所述介質(zhì)基片為透光學(xué)輻射的介質(zhì)基體；所述有源振子、引向振子、反射振子為金屬薄膜或透光學(xué)輻射的金屬化合物薄膜；所述接地板為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜，或透紅外輻射的金屬化合物薄膜。

所述透光學(xué)輻射的介質(zhì)基體為氮化硼、二氧化硅、藍(lán)寶石、氟化鎂、尖晶石、ALON、ZnS、ZnSe中的任意一種。所述的介質(zhì)基體可以是多種透光介質(zhì)，選取所應(yīng)用的紫外、可見光與紅外波段具有良好透過率的材料，如氮化硼、二氧化硅，在3～5μm波段具有良好透過率的、藍(lán)寶石、氟化鎂、尖晶石、ALON及在8～12μm波段具有良好透過率的硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)等。

上述毫米波八木天線中，所述介質(zhì)基片可以是平面也可以是曲面形狀。

所述金屬薄膜為金薄膜、鉻/金雙層薄膜、鉻/鋁雙層薄膜、鈦/鉑/金三層薄膜；所述金屬化合物薄膜為InSb薄膜。所述的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜、金屬化合物薄膜在工作的光學(xué)波段具有較高的透過率及較好的導(dǎo)電性能。

所述的毫米波八木天線，第四層介質(zhì)基片伸出天線本體形成接線端，所述接線端的上表面設(shè)有與所述有源振子良好歐姆接觸的饋線，接線端的下表面設(shè)有接地板。饋線選取與有源振子的金屬薄膜或金屬化合物薄膜具有良好歐姆接觸的金屬材料或金屬化合物材料。

所述饋線為金屬薄膜或透光學(xué)輻射的金屬化合物薄膜；所述金屬薄膜為金薄膜、鉻/金雙層薄膜、鉻/鋁雙層薄膜、鈦/鉑/金三層薄膜；所述金屬化合物薄膜為InSb薄膜。

所述接地板為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜，或透紅外輻射的金屬化合物薄膜。

所述金屬薄膜或金屬化合物薄膜的厚度為0.5～2μm。

本發(fā)明的毫米波八木天線，在傳統(tǒng)毫米波技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合光學(xué)光電子技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，采用金屬薄膜或可透某個波段的金屬化合物薄膜替代以往的八木天線中的有源、反射和引向振子，采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的金屬薄膜或可透某個波段的金屬化合物薄膜替代八木天線中的地板，可以解決透光學(xué)輻射的毫米波天線設(shè)計(jì)問題，將毫米波天線集成到光學(xué)介質(zhì)上，研制出透光學(xué)輻射的毫米波天線，實(shí)現(xiàn)毫米波天線與光學(xué)窗口同軸、共口徑、共形，又能相互覆蓋整個視場，簡化整機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了毫米波/光學(xué)雙模無遮擋、同軸、共口徑、共形復(fù)合探測與識別。利用該毫米波八木天線的雙模探測與識別裝置，可以克服復(fù)合制導(dǎo)所面臨的共口徑、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的難點(diǎn)，數(shù)據(jù)融合處理簡單，為毫米波/光學(xué)雙模復(fù)合探測與識別系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

一種上述的毫米波八木天線的制備方法，包括下列步驟：

1)采用真空熱蒸發(fā)、濺射或脈沖激光沉積技術(shù)在介質(zhì)基片上制備金屬薄膜或金屬化合物薄膜；

2)對金屬薄膜或金屬化合物薄膜進(jìn)行光刻，在介質(zhì)基片上制備出相應(yīng)的振子、接地板和饋線圖形，去除多余的薄膜；

3)將各層介質(zhì)基片按順序?qū)盈B粘接，即得。

步驟1)所用介質(zhì)基片事先采用溶劑進(jìn)行清洗；清洗所用的溶劑為丙酮。

步驟3)中，采用透光輻射的環(huán)氧膠進(jìn)行層疊粘接。在進(jìn)行層疊粘接時，可根據(jù)天線的工作波段選擇光學(xué)環(huán)氧膠。

本發(fā)明的毫米波八木天線的制備方法，是先在各層介質(zhì)基片上制備金屬薄膜或金屬化合物薄膜，再進(jìn)行光刻制備出相應(yīng)的振子、接地板和饋線圖形，將各層介質(zhì)基片按順序?qū)盈B粘接即得；可根據(jù)天線的振子尺寸、形狀及振子的數(shù)量和排列制作出不同接收頻率及增益的毫米波八木天線，該制備方法工藝簡單，操作方便，易于自動化控制，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的藍(lán)寶石毫米波四元八木天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的正視剖視圖；

圖3為實(shí)施例2的藍(lán)寶石毫米波四元八木天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

具體實(shí)施方式中，所述毫米波八木天線的制備方法如下：

根據(jù)所需毫米波的頻率和天線的陣列單元數(shù)，設(shè)計(jì)出八木天線的有源振子、反射振子及引向振子的尺寸和排列關(guān)系；根據(jù)所設(shè)計(jì)的八木天線的圖形制備相應(yīng)的光刻模板，采用常規(guī)的微電子光刻、腐蝕或剝離技術(shù)，通過光刻、腐蝕或剝離，最終制備出所需透光輻射的毫米波八木天線。

具體操作步驟如下：

1)選取介質(zhì)基片：除了考慮透紫外、可見光與紅外輻射外，還要根據(jù)八木天線的設(shè)計(jì)原則確定各層的厚度、介電常數(shù)和平整度；所述介質(zhì)基片可以是平面也可以是曲面形狀；

2)根據(jù)所需要的頻率和選取的介質(zhì)基片，設(shè)計(jì)毫米波八木天線陣列的振子形狀、元數(shù)和排列方式(可以是單元也可以是多元或陣列)，并制備相應(yīng)的光刻掩膜版；

3)利用光學(xué)零件拋光工藝方法，將介質(zhì)基片各層尺寸及厚度打磨；

4)利用真空熱蒸發(fā)或?yàn)R射方法，在各介質(zhì)基片上蒸發(fā)或?yàn)R射一層一定厚度的金屬或金屬化合物薄膜，利用光刻工藝，在薄膜上光刻出所設(shè)計(jì)的天線圖形；

5)采用濕法刻蝕工藝或剝離工藝，去除掉天線圖形以外的金屬或金屬化合物薄膜，以及除掉電極以外區(qū)域的電極薄膜，制備出所設(shè)計(jì)的天線圖形和歐姆接觸的電極；

6)采用透光輻射的環(huán)氧膠(光學(xué)環(huán)氧膠)將各層介質(zhì)基片按順序?qū)盈B粘接，即得。

具體實(shí)施方式中，引向振子、有源振子和反射振子之間的距離均依據(jù)八木天線原理進(jìn)行設(shè)計(jì)；第一層介質(zhì)基片和第六層介質(zhì)基片均為介質(zhì)覆蓋層，兩層厚度相同；具體實(shí)施方式中的八木天線饋電采用平行雙線饋電，第四層介質(zhì)基片與第五層介質(zhì)基片之和為有源振子與反射振子間距；第二次介質(zhì)基片與第三層介質(zhì)基片的厚度相同，且為有效抑制后向輻射，第三層介質(zhì)基片的厚度略大于有源振子與反射振子的間距。

具體實(shí)施方式中，振子、接地網(wǎng)格板和饋線的厚度均為0.5～2μm范圍內(nèi)。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的毫米波八木天線，為藍(lán)寶石毫米波四元八木天線陣列，如圖1、2所示，八木天線二級功分器7對稱分布在藍(lán)寶石基體1兩側(cè)。

如圖2所示，本實(shí)施例的毫米波八木天線，包括天線本體，所述天線本體包括沿輻射方向依次層疊設(shè)置的六層介質(zhì)基片，從上到下依次為第一層介質(zhì)基片1-1、第二次介質(zhì)基片1-2、第三層介質(zhì)基片1-3、第四層介質(zhì)基片1-4、第五層介質(zhì)基片1-5、第六層介質(zhì)基片1-6，該六層介質(zhì)基片均為平面形狀，材料均為藍(lán)寶石基體材料，工作在3～5μm的光學(xué)波段，采用傳統(tǒng)的光學(xué)加工方法加工而成；該六層介質(zhì)基片層疊形成藍(lán)寶石基體1。

其中，第四層介質(zhì)基片1-4的上表面設(shè)有有源振子2、下表面對應(yīng)設(shè)有接地網(wǎng)格板5，第二層介質(zhì)基片1-2、第三層介質(zhì)基片1-3的上表面相對位置均設(shè)有引向振子4，第六層介質(zhì)基片的上表面相對位置設(shè)有反射振子3；第四層介質(zhì)基片1-4伸出天線本體形成接線端8，所述接線端8的上表面設(shè)有與所述有源振子2良好歐姆接觸的饋線6，下表面對應(yīng)設(shè)有接地網(wǎng)格板5。

所述有源振子2、引向振子4、反射振子3和饋線6均為鉻/金(Cr/Au)薄膜。接地網(wǎng)格板5為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鉻/金(Cr/Au)薄膜。

本實(shí)施例的毫米波八木天線的制備方法，包括下列步驟：

1)采用丙酮清洗各層的介質(zhì)基片；

2)采用真空熱蒸發(fā)工藝在介質(zhì)基片上蒸鍍鉻/金薄膜，厚度為1μm；

3)采用涂膠、曝光、顯影等光刻工藝對鉻/金薄膜進(jìn)行處理，在介質(zhì)基片上制備出需要保留的相應(yīng)的振子、接地網(wǎng)格板和饋線圖形，然后放入碘和碘化鉀的混合液中腐蝕掉多余的金，用去離子水沖洗后在丙酮溶液中去除光刻膠，用無水乙醇和去離子水沖洗后放入高錳酸鉀溶液中腐蝕掉多余的鉻；

4)將加工出的各層介質(zhì)基片用透紅外的環(huán)氧膠按順序?qū)盈B粘接，即得藍(lán)寶石毫米波四元八木天線陣列。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的毫米波八木天線，為藍(lán)寶石毫米波四元八木天線陣列，與實(shí)施例1不同之處在于(如圖3所示)：八木天線二級功分器7非對稱分布(即平行分布)于藍(lán)寶石基體1兩側(cè)；有源振子、引向振子、反射振子和饋線均為鈦/鉑/金(Ti/Pt/Au)薄膜。接地網(wǎng)格板為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鈦/鉑/金(Ti/Pt/Au)薄膜。

本實(shí)施例的毫米波八木天線的制備方法，包括下列步驟：

1)采用丙酮清洗各層的介質(zhì)基片；

2)采用磁控濺射工藝在介質(zhì)基片上濺射鈦/鉑/金薄膜，厚度為0.5μm；

3)采用涂膠、曝光、顯影等光刻工藝對鈦/鉑/金薄膜進(jìn)行處理，在介質(zhì)基片上制備出需要保留的相應(yīng)的振子、接地網(wǎng)格板和饋線圖形，然后放入丙酮溶液中浸泡，采用棉簽剝離掉多余的金屬薄膜后，再用去離子水沖洗；

4)將加工出的各層介質(zhì)基片用透紅外的環(huán)氧膠按順序?qū)盈B粘接，即得藍(lán)寶石毫米波四元八木天線陣列。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的毫米波八木天線，為硫化鋅毫米波四元八木天線陣列，與實(shí)施例1不同之處在于：六層介質(zhì)基片材料均為CVD-ZnS(化學(xué)氣相沉積硫化鋅材料)，透8～11微米的光學(xué)波段，采用單點(diǎn)金剛石車削方法加工而成；該六層介質(zhì)基片層疊形成硫化鋅基體1，基體中心厚度為1.8mm。

本實(shí)施例的毫米波八木天線的制備方法，包括下列步驟：

1)采用飛秒脈沖激光沉積方法在各層介質(zhì)基片上制備出InSb薄膜，厚度為2μm；

2)采用涂膠、曝光、顯影等光刻工藝對InSb薄膜進(jìn)行處理，在介質(zhì)基片上制備出需要保留的相應(yīng)的振子、接地網(wǎng)格板和饋線圖形，然后放入乳酸溶液中腐蝕掉多余的InSb薄膜，用去離子水沖洗后在丙酮溶液中去除光刻膠，再用無水乙醇和去離子水沖洗；

3)將加工出的各層介質(zhì)基片用透紅外的環(huán)氧膠按順序?qū)盈B粘接，即得硫化鋅毫米波四元八木天線陣列。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，介質(zhì)基片還可以是曲面形狀，得到曲面形狀的毫米波八木天線，以實(shí)現(xiàn)共形復(fù)合探測與識別。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可根據(jù)接收頻率、增益及工作波段的需要選擇不同的透光輻射的基體材料或金屬化合物薄膜材料。采用基體材料制備介質(zhì)基片時采用現(xiàn)有的基體材料加工方法；制備金屬薄膜、金屬化合物薄膜時根據(jù)目標(biāo)薄膜不同選擇真空熱蒸發(fā)、濺射或脈沖激光沉積工藝；在去除多余薄膜時，根據(jù)薄膜的性質(zhì)選擇濕法刻蝕或剝離的工藝。