CN103515701A - 基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线 - Google Patents

基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线 Download PDF

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于海超
林杰
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基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线属于双模复合探测与识别技术；该天线包括介质基片（1），粘贴于介质基片（1）上表面的微带贴片（2），粘贴于介质基片（1）下表面的接地板（3），连接微带贴片（2）的馈线（6）；所述的介质基片（1）由透红外辐射材料制作而成，所述的微带贴片（2）为圆环形金属网栅，所述的接地板（3）由透红外辐射半导体材料制作而成；介质基片（1）、微带贴片（2）以及接地板（3）材料的选择，使得该天线不仅具有效率高的优势，而且具有红外光学透过率高、透射光高级次衍射能量分布均匀的优势，进而使得天线后方的红外光学成像系统能够均匀清晰成像。

Description

基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线
技术领域
 基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线属于双模复合探测与识别技术。
背景技术
红外成像技术具有高灵敏度，对于复杂背景下的目标具有较高的分辨能力，无论昼夜均可提供高分辨率成像。但是红外成像技术作用距离比较近，易受大雾、浓烟等影响，不能全天候工作，且无目标距离信息。主动雷达具有角度精度高、全天候、可穿透烟雾、可测距等优点。红外成像与主动雷达结合使用适应能力强，具有快速目标精确定位能力，恶劣环境下的目标识别、分类能力，全天候能力以及抗干扰能力，能够大大提高探测识别的精度。目前无论国内外都极为重视主动雷达/红外成像复合技术的发展。
主动雷达/红外成像复合形式主要有两种形式：一种方式是采用雷达传感器与红外图像传感器分平台安装，称为分口径技术，分口径结构的优点是技术成熟、实现简单，最大缺陷是2个探测器必须通过空间坐标转换和时间校准，增加了系统信号处理和伺服随动机构的复杂性，难于实现真正意义上的复合，另外体积和质量较大。另一种是采用雷达接收器与红外接收器共轴安装的方式，称为共口径技术。共轴安装复合传感器的工作原理为：微波信号可以直接从可透射微波反射红外波的反射面穿过。红外信号被大反射面反射后，再经过最前方的小反射面进行二次反射，最终被位于中间掏洞的平板天线后方的红外图像传感器接收。共口径相对于分口径在结构上具有结构简单、体积小、质量轻等优势，适合在空间要求苛刻的条件下应用，另外还可以实现2个传感器数据的精确配准，为复合信息处理减小误差。
在共口径复合形式中，由于平板天线为了透过红外信号而进行了掏洞处理，使得平板天线的性能被大大恶化。如果能够解决不对平板天线进行掏洞处理，而仍能使得在红外信号能被红外探测器接收，即发明一种透红外微带天线，将会大大提高主动雷达/红外成像复合探测识别的精度。
1991年的《Antennas and Propagation Society International Symposium》的第4卷“Feasibility study of optically transparent microstrip patch antenna”一文公布了一种光学透明微带天线，其原理是采用透明导电薄膜材料构成天线的辐射贴片及接地板，介质基板亦采用透明材料，该天线具有透明特性，但是其透明导电薄膜的制备较为昂贵，而且透明导电薄膜的导电率较低，导致天线的增益及效率都较低。。
1986年《Electronics Letters》第22卷第20号“Dichroic Dual-band Microstrip Array”一文、1988年《Electronics Letters》第24卷第2号“Microstrip Window Array”一文、1991年《7th International Conference on Antennas and Propagation Proceedings》第1卷“See-through Microstrip Antennas Constructed on A Transparent Substrate”以及2004年《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》第52卷第6号“Meshed Patch Antennas”一文介绍了另一种透明微带天线，其原理是采用方格金属网栅结构作为微带天线的辐射层及金属层，介质基板采用透明材料，实现了天线的透明化。然而由于方格金属网栅的高级次衍射能量主要集中在互相垂直的两轴上，会对天线后方的红外成像系统造成严重的烦扰，降低红外成像的质量，而且由于接地板采用了金属网栅结构，使得天线背部有电磁能量漏辐射，天线的效率较低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，该天线不仅具有效率高的优势，而且具有红外光学透过率高、透射光高级次衍射能量分布均匀的优势，进而使得天线后方的红外光学成像系统能够均匀清晰成像。
本发明的目的是这样实现的：
基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，包括介质基片，粘贴于介质基片上表面的微带贴片，粘贴于介质基片下表面的接地板，连接微带贴片的馈线；所述的介质基片由透红外辐射材料制作而成，所述的微带贴片为圆环形金属网栅，所述的接地板由透红外辐射半导体材料制作而成。
上述基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，所述的介质基片和微带贴片之间设置有过渡粘接层。
所述的过渡粘接层由铬或钛制作而成。
上述基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，所述的介质基片由单晶高阻硅、蓝宝石、氟化镁、尖晶石、ALON、ZnS中的一种或几种材料制作而成；所述的微带贴片由金、银、铜、铝中的一种或几种材料制作而成；所述的接地板由HgMnTe、ZnO、ITO或InSb制作而成。
上述基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，所述的微带贴片沿水平方向的截面图形为矩形、圆形、梯形、E型、三角形、或C形。
上述基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，所述的微带贴片的厚度不小于200nm。
上述基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，所述的微带贴片边缘被金属包围层包围，所述的金属包围层宽度大于构成微带贴片的圆环形金属网栅栅线宽度。
上述基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，构成微带贴片的圆环形金属网栅的周期小于谐振波长的0.1倍。
由于本发明基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，介质基片由透红外辐射材料制作而成，微带贴片为圆环形金属网栅，接地板由透红外辐射半导体材料制作而成；这种设计使得该天线不仅具有效率高的优势，而且具有红外光学透过率高、透射光高级次衍射能量分布均匀的优势，进而使得天线后方的红外光学成像系统能够均匀清晰成像。
附图说明
图1是本发明透红外微带天线具体实施例一的横截面示意图。
图2是本发明透红外微带天线具体实施例一的俯视图。
图3是本发明透红外微带天线具体实施例二的横截面示意图。
图4是本发明透红外微带天线具体实施例二的俯视图。
图中：1介质基片、2微带贴片、3接地板、4过渡粘接层、5金属包围层、6馈线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，横截面示意图如图1所示，俯视图如图2所示。该天线包括介质基片1，粘贴于介质基片1上表面的沿水平方向的截面图形为矩形的微带贴片2，粘贴于介质基片1下表面的接地板3，连接微带贴片2的馈线6；所述的介质基片1由透红外辐射材料制作而成，所述的微带贴片2为平均直径200μm、厚度为5μm的圆环形金属网栅，所述的接地板3由透红外辐射半导体材料制作而成。具体为：介质基片1优选由3~5μm红外波段内透过率高于80%的蓝宝石制作而成，由于透过较多红外光学信号，利于天线后方的光学成像系统接收足够的光学信号，进行高分辨率成像；所述的微带贴片2由铜制作而成，不仅具有较强的导电能力，保证天线的性能，而且相比于其它电导率更高的金属，具有节约成本的优势；所述的接地板3由HgMnTe制作而成，该材料不仅在红外波段内具有较高的透过率，而且其导电性能接近于金属，可以保证天线的性能。
本实施例的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，所述的介质基片1和微带贴片2之间设置有过渡粘接层4，所述的过渡粘接层4由钛制作而成。钛增加了介质基片1与微带贴片2之间的附着力，有利于提高天线整体稳定性。
本实施例的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线的谐振波长为3mm，选择的圆环形金属网栅的平均直径不足谐振波长的0.1倍，使得由圆形金属网构成的微带贴片2仍然具备理想的辐射能力。
具体实施例二
本实施例的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，横截面示意图如图3所示，俯视图如图4所示。该天线包括介质基片1，粘贴于介质基片1上表面的沿水平方向的截面图形为三角形的微带贴片2，粘贴于介质基片1下表面的接地板3，连接微带贴片2的馈线6；所述的介质基片1由透红外辐射材料制作而成，所述的微带贴片2为平均直径200μm、厚度为5μm的圆环形金属网栅，所述的接地板3由透红外辐射半导体材料制作而成。具体为：介质基片1优选由8~13μm红外波段内透过率高于70%的ZnS制作而成，由于透过较多红外光学信号，利于天线后方的光学成像系统接收足够的光学信号，进行高分辨率成像；所述的微带贴片2由金制作而成，选择厚度为5μm的圆环形金属网栅，使其接近直流导电率，可以最大程度上发挥其导电能力，以保证天线的最佳性能；所述的接地板3由ZnO制作而成，该材料不仅在红外波段内具有较高的透过率，而且其导电性能接近于金属，可以保证天线的性能。
本实施例的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，所述的微带贴片2边缘被金属包围层5包围，所述的金属包围层5宽度大于构成微带贴片2的圆环形金属网栅栅线宽度；所述的金属包围层5的厚度为500μm，以保证微带贴片2的边缘结构稳定。
本实施例的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线的谐振波长为3mm，选择的圆环形金属网栅的平均直径不足谐振波长的0.1倍，使得由圆形金属网构成的微带贴片2仍然具备理想的辐射能力。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，包括介质基片（1），粘贴于介质基片（1）上表面的微带贴片（2），粘贴于介质基片（1）下表面的接地板（3），连接微带贴片（2）的馈线（6）；其特征在于，所述的介质基片（1）由透红外辐射材料制作而成，所述的微带贴片（2）为圆环形金属网栅，所述的接地板（3）由透红外辐射半导体材料制作而成。
2.根据权利要求1所述的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，其特征在于，所述的介质基片（1）和微带贴片（2）之间设置有过渡粘接层（4）。
3.根据权利要求2所述的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，其特征在于，所述的过渡粘接层（4）由铬或钛制作而成。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，其特征在于，所述的介质基片（1）由单晶高阻硅、蓝宝石、氟化镁、尖晶石、ALON、ZnS中的一种或几种材料制作而成；所述的微带贴片（2）由金、银、铜、铝中的一种或几种材料制作而成；所述的接地板（3）由HgMnTe、ZnO、ITO或InSb制作而成。
5.根据权利要求1、2或3所述的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，其特征在于，所述的微带贴片（2）沿水平方向的截面图形为矩形、圆形、梯形、E型、三角形、或C形。
6.根据权利要求1、2或3所述的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，其特征在于，所述的微带贴片（2）的厚度不小于200nm。
7.根据权利要求1、2或3所述的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，其特征在于，所述的微带贴片（2）边缘被金属包围层（5）包围，所述的金属包围层（5）宽度大于构成微带贴片（2）的圆环形金属网栅栅线宽度。
8.根据权利要求1、2或3所述的基于圆环形金属网栅及透红外半导体的透红外微带天线，其特征在于，构成微带贴片（2）的圆环形金属网栅的周期小于谐振波长的0.1倍。
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