專利名稱：一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及平板裂縫天線領域，特別是涉及一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線。
背景技術：
隨著現代戰場態勢的錯綜復雜化，戰場環境較之以前更加惡劣，在這種形式下，要求通信系統能夠全天候工作在沙、塵、霧等各種復雜環境和戰場態勢中。這就要求射頻前端中的天線既要工作在毫米波頻段，又要具有圓極化性、高增益特性和完美的和差波束覆蓋性，可見，毫米波圓極化天線具有廣泛的應用價值，前景廣闊。微帶天線近年來發展態勢迅猛，形式多種多樣，在實現圓極化的方法上有其獨特的優勢。但是在毫米波頻段，其缺點也比較明顯，表面波效應強、功率容量小，增益偏低。波導裂縫天線可避開這些缺點，業內均采用波導寬邊縫陣天線加裝圓極化罩，由于天線工作 在毫米波頻段，極化罩生產一致性差，饋電網絡中的串饋設計及波導內單元間的互擾現象導致指標隨尺寸變化敏感，差波束對和波束的覆蓋率一般只做到95%。盡管通過調校工藝參數可滿足設計指標要求，但合格率不高，后期調試工作量大，導致天線批量生產性差。這種常規設計的天線長時間使用，極化罩有可能受環境的影響，導致天線性能下降。由于極化罩和天線是獨立零件組裝而成，如要達到抗沖擊振動的要求，電裝工藝流程須嚴格控制，并對天線罩和線極化天線進行整體灌封。上述做法，如要提高成品率，需用較為高昂的代價去控制極化罩的生產工藝流程和天線的電裝工藝流程。常規毫米波波導寬邊縫陣天線，為了簡化饋電網絡設計，通常都是串饋、并饋混合使用，由于串饋因素存在，直接導致加工精度變高，頻帶內指標容易惡化。
發明內容
本發明的目的是在解決上述現有問題上，提供一種毫米波圓極化平板裂縫天線，一改業內波導寬邊縫陣天線加圓極化罩的方案，采用無極化罩平板裂縫陣天線的方案，通過優化饋電網絡設計及調校子陣個數可使加工難度大大降低，生產的一致性大幅度提高，
無調試工作量。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線，包括自上而下疊合在一起的天線福射層、天線稱合層、天線饋電層和天線接收層；
所述天線輻射層，包括多個天線單元，所述每個天線單元由喇叭單元、輻射縫隙、輻射匹配塊組成，一個喇叭單元為一個喇叭子陣；
所述天線饋電層，包括饋電縫隙、饋電波導和饋電匹配塊，共同形成饋電網絡；
所述天線輻射層的天線單元采用無極化罩設計，選用喇叭子陣實現圓極化輻射。上述技術方案中，所述喇叭單元選用雙模角錐喇叭。上述技術方案中，所述喇叭單元依靠45度斜縫饋電，在喇叭內激勵兩種空間電場相互正交、幅度相等的不同模式的電磁波，這兩種電磁波在喇叭中的相速度是不同的，兩種模式的電磁波在喇叭口徑面上形成90度相位差，并在自由空間疊加形成圓極化電磁波。
上述技術方案中，所述天線饋電層的饋電網絡采用全并饋設計，饋電網絡對每一個天線單元分別進行饋電時，饋電網絡以樹狀分支形式饋給每兩個天線單元，兩天線單元內部以輻射波導匹配塊進行并行功分。上述技術方案中，所述并行功分時采用一節長度為Ilmm的輻射波導實現無空間分支的功率分配。。以現有技術相比，本發明具有以下有益效果
本發明采用無極化罩設計，具有圓極化性、高增益特性和完美的差波束覆蓋性，差波束對和波束的覆蓋率達100% ；
采用全并饋設計徹底避免了傳統裂縫陣天線中的串聯饋電，使其指標相對于結構尺寸的變化不再敏感，一定程度上拓展了帶寬，其饋電網絡可應用到其他更寬頻帶的場合；
與現有技術相比，降低了電裝工藝難度，生產的一致性大幅度提高，無后期調試工作 量，天線環境適應性增強，降低了生產成本。
本發明將通過實施例并參照附圖的方式說明，其中
圖I是本發明的頂視結構分解 圖2是本發明的底視結構分解 圖3為本發明的輻射層示意 圖4為本發明的耦合層示意 圖5為本發明的饋電層示意 圖6為本發明的接口層示意 I是輻射層 2是耦合層3是饋電層 4是接口層 5是喇叭子陣 6是輻射波導7是耦合波導8是饋電波導10是輻射縫隙
11是耦合縫隙13是接口縫隙15是接口波導17是輻射匹配塊 18是耦合匹配塊 19是饋電匹配塊 。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的說明。如圖I、圖2所示，天線結構被分解平板化為滿足大面積精密連接工藝性要求的拼裝組合層，即平板組件，分別是輻射層I、耦合層2、饋電層3、接口層4四個平板組件，各平板組件采用CAD /CAM—體化技術和高精密數控機床完成波導腔體、輻射隙縫等設計要素的加工；各平板組件拼裝后組合形成天線，采用高精密連接技術實現天線的高精密、高可靠整體連接，整體連接完成以后采用真空鋁釬焊技術將各部分平板組件釬焊在一起形成天線；整個天線具有多層、空腔和薄壁的顯著特點，具有復雜的結構性和高精度加工要求；其中天線的輻射陣面由20個裂縫喇叭子陣5組合成喇叭面陣，子陣后接有輻射波導6、耦合波導7、饋電波導8部分組成；如圖3 圖6為輻射層I、耦合層2、饋電層3、接口層4的平板組件的示意圖。在天線中，外部信號通過接口波導15進入天線，并經接口縫隙13進入饋電波導8，饋電波導8以樹狀分支形式把信號并行輸送到各個耦合波導7，饋電匹配塊19可保證各路信號按設計要求的幅度、相位，接近無損狀態地到達耦合波導7。耦合波導7將各路信號通過耦合縫隙11進入輻射波導6，耦合匹配塊18可保證各路信號按設計要求的幅度、相位，接近無損狀態地到達輻射波導6。輻射波導6將各路信號通過輻射縫隙10進入喇叭子陣5，輻射匹配塊17可保證各路信號按設計要求的幅度、相位，接近無損狀態地到達喇叭子陣5。45度傾斜的輻射縫隙10將信號送入喇叭子陣5，可在喇叭內激勵兩個空間電場相互正交、幅度相等的不同模式的電磁波，這兩個電磁波在喇叭中的相速度是不同的，傳輸一定距離后兩種模式的電磁波在喇叭口徑面上形成90度相位差，并在自由空間疊加形成圓極化電磁波。饋電波導8、耦合波導7、輻射波導6按設計要求的幅度相位將信號并行饋入各個喇叭子陣5，以保證空間合成的方向圖完全滿足設計要求。 在本發明中，天線的成功實施，重點在于需要有以下加工工藝流程做支撐。 加工和焊接變形的控制
為滿足組裝前單個裂縫線源外形尺寸和兩面平行度要求，考慮到薄鋁板加工變形很大，工藝上采取
選用厚板毛坯，去掉板材軋制過程中形成的表面高應力層；
以加工腔體的方法在數控加工中心采用高速切削原理分粗精銑保波導腔體及厚度尺寸精度為保證天線裂縫陣各尺寸和形位精度要求在5 6級左右，選擇在高精度數控加工中心進行加工，該機床定位精度和重復定位精度都在±0. 008 mm以上；
工序間輔以多次熱處理去應力校平；
最后線切割外形等加工手段，減少組裝前的加工應力變形。 焊接技術的控制
在控制焊接變形方面，采用焊接變形較小的真空鋁釬焊工藝，并按照確定的焊接工藝參數進行焊接，包括焊料厚度的選擇、焊料布局、焊接溫度和時間的設定，以及焊前裝夾方式的確定等來減少焊接變形。精密連接時溫度場、變形場和應力場交變，連接溫度與天線材料熔化溫度臨近，處于材料塑性區。因此，要求連接夾具必須具有足夠的熱剛度，以有效地控制連接溫度下天線的變形，同時能提供一個高平面度的基準面，以保證天線口徑的高精度要求。精密連接時熱學、力學行為復雜，進行了連接應力及變形數值分析，對連接過程中的溫度場、變形場和應力場進行計算和仿真，實現精密連接夾具的優化設計。為保證平板天線陣面的高精度，選擇穩定性好具有較高熱強度的耐熱鋼作為夾具材料。 組裝定位精度的控制
精密組裝定位工藝設計是天線實施的重要內容，其關鍵是保證零件加工、檢測、裝配采用統一的定位基準，避免基準不統一而造成誤差。首先確定各波導入口的相對位置精度；其次保證裂縫面波導窄邊內壁處于同一平面內，否則將導致天線與T/ R組件無法連接、后續加工裂縫時部分裂縫不通等現象。為此工藝設計時，設計制作高精度的定位芯子定位各波導口的相對位置，保證各單元線源波導窄邊內壁處于同一平面內，并用定位銷作固定，從而保證了以上要求。同時，定位芯子還將在后續裂縫陣加工中，起工藝基準作用。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線，包括自上而下疊合在一起的天線輻射層、天線率禹合層、天線饋電層和天線接收層； 所述天線輻射層，包括多個天線單元，所述每個天線單元由喇叭單元、輻射縫隙、輻射匹配塊組成，一個喇叭單元構成一個喇叭子陣； 所述天線饋電層，包括饋電縫隙、饋電波導和饋電匹配塊，共同形成饋電網絡； 其特征為所述天線輻射層的天線單元采用無極化罩設計，選用喇叭子陣實現圓極化輻射。
2.根據權利要求I所述的一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線，其特征為所述喇叭單元選用雙模角錐喇叭。
3.根據權利要求2所述的一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線，其特征為所述喇叭單元依靠45度斜縫饋電，在喇叭內激勵兩種空間電場相互正交、幅度相等的不同模式的電磁波，這兩種電磁波在喇叭中的相速度是不同的，兩種模式的電磁波在喇叭口徑面上形成90度相位差，并在自由空間疊加形成圓極化電磁波。
4.根據權利要求3所述的一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線，其特征為所述天線饋電層的饋電網絡采用全并饋設計，饋電網絡對每一個天線單元進行饋電時，饋電網絡以樹狀分支形式饋給每兩個天線單元，兩天線單元內部以輻射波導匹配塊進行并行功分。
5.根據權利要求4所述的一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線，其特征為所述并行功分時采用一節長度為Ilmm的福射波導實現無空間分支的功率分配。
全文摘要
本發明為一種毫米波圓極化平板裂縫陣天線，包括自上而下疊合在一起的天線輻射層、天線耦合層、天線饋電層和天線接收層，所述天線輻射層，包括多個天線單元，所述每個天線單元由喇叭單元、輻射縫隙、輻射匹配塊組成，一個喇叭單元構成一個喇叭子陣，所述天線饋電層，包括饋電縫隙、饋電波導和饋電匹配塊，共同形成饋電網絡，所述天線輻射層的天線單元采用無極化罩設計，選用喇叭子陣實現圓極化輻射；本發明采用無極化罩設計，具有圓極化性、高增益特性和完美的差波束覆蓋性，差波束對和波束的覆蓋率達100％，與現有技術相比，降低了電裝工藝難度，生產的一致性大幅度提高，無后期調試工作量，天線環境適應性增強，降低了生產成本。
文檔編號H01Q21/00GK102891376SQ20121040941
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者李麒, 余翔, 星熠 申請人:四川九洲空管科技有限責任公司