CN111326844B - 一种微波和光学纳米的共口径一体化天线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，包括微波天线、光学纳米天线和天线底座，微波天线和光学纳米天线均设置在天线底座上；微波天线包括若干板状的天线线阵，天线线阵设置在天线底座的上端面上，天线底座上设置有若干透光槽，光学纳米天线包括天线透镜、感光器件和光学成像装置，天线透镜对应透光槽设置；感光器件和光学成像装置设置在天线底座的下端面上，且感光器件位于光学纳米天线的聚焦处；本发明通过选择合适的微波天线及合理的结构设计，消除了两种天线对彼此性能的不良影响，在有效口径内实现了两种天线的一体化，打破了传统两种天线难以共口径一体化集成的现状，减小了占用空间，有很高的工程应用价值。

Description

一种微波和光学纳米的共口径一体化天线结构
技术领域
本发明涉及天线设备领域，具体涉及一种微波和光学纳米的共口径一体化天线结构。
背景技术
光学纳米天线是一种能够辐射和接收光波的人工光子微结构，通常由按一定规律排列的、一定形状的，尺寸维度在微纳米级别的金属颗粒构成。光学纳米天线工作在光波段，波长在纳米级别，微波天线工作在微波频段，波长在分米和厘米级，二者属于跨尺度、跨领域的两种天线。
现有的光学纳米天线和微波天线均采用传统的独立性设计，虽可单独进行功能性的使用，但集成化程度低，在结构上难以集成到一起，集成到一起对两种天线的影响较大。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，包括微波天线、光学纳米天线和天线底座，所述微波天线和所述光学纳米天线均设置在所述天线底座上；所述微波天线包括若干板状的天线线阵，所述天线线阵设置在所述天线底座的上端面上，所述天线底座上设置有若干透光槽，所述光学纳米天线包括天线透镜、感光器件和光学成像装置，所述天线透镜对应所述透光槽设置；所述感光器件和所述光学成像装置设置在所述天线底座的下端面上，且所述感光器件位于所述光学纳米天线的聚焦处；所述微波天线还包括馈电网络盒，所述馈电网络盒内设置有与所述天线线阵连接的馈电网络，所述馈电网络盒和各所述天线线阵一一对应设置，所述馈电网络通过所述连接器与天线收发组件连接。
较佳的，各所述天线线阵均平行设置，且均垂直设置在所述天线底座上。
较佳的，所述透光槽和所述天线线阵交替排列设置，相邻所述天线线阵的间距为d，所述透光槽间距c不大于d-8mm，其中，c和d的单位均为mm，相邻天线线阵间距d通过所述微波天线的最高工作频率确定。
较佳的，所述馈电网络盒设置为长方体，所述馈电网络盒设置在所述天线底座的底部，所述馈电网络盒在长边方向上的端部上设置有连接器。
较佳的，所述天线透镜设置为长方形或圆形。
较佳的，所述光学纳米天线包括介质支撑板，所述介质支撑板的介电常数大于20。
较佳的，在所述天线线阵上设置有若干金属材质的Vivaldi天线主体，所述天线主体的两侧面上开设有拱门形减重槽。
较佳的，所述天线线阵底部设置有长方形谐振腔，所述谐振腔通过连接腔连接开口逐步张大的渐变槽，所述渐变槽由所述天线底座向远离所述天线底座的方向开口逐渐增大。
较佳的，所述连接腔包括水平段和倾斜段，所述水平段和所述谐振腔连通，所述水平段通过所述倾斜段与所述渐变槽靠近所述天线底座的端部连通；天线馈电同轴探针位于所述水平段位置上。
较佳的，所述微带Vivaldi天线由双层覆铜微带板制作，一面覆铜制作Vivaldi天线馈电线，另一面覆铜制作Vivaldi天线辐射面。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明解决了微波天线和光学纳米天线跨尺度一体化集成问题，通过选择合适的微波天线及合理的结构设计，消除了两种天线对彼此性能的不良影响，在有效口径内实现了两种天线的一体化，打破了传统两种天线难以共口径一体化集成的现状，减小了占用空间，有很高的工程应用价值。
附图说明
图1为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构的结构视图；
图2为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例二的三维图；
图3为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例二的正视图；
图4为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例二的俯视图；
图5为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例三的三维图；
图6为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例三的正视图；
图7为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例三的后视图；
图8为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例三的俯视图。
图中数字表示：
1-天线线阵；2-天线透镜；3-天线底座；4-馈电网络盒；5-连接器；6-感光器件；11-天线主体；12-减重槽；13-谐振腔；14-渐变槽；15-水平段；16-倾斜段；17-馈电线；18-辐射面。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1所示，图1为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构的结构视图；本发明所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构包括微波天线、光学纳米天线和天线底座3，所述微波天线和所述光学纳米天线均设置在所述天线底座3上。具体的，所述微波天线包括若干板状的天线线阵1，各所述天线线阵1均平行设置，且均垂直设置在所述天线底座3上。所述天线底座3上设置有若干透光槽，所述透光槽和所述天线线阵1交替排列设置，所述光学纳米天线包括天线透镜2、感光器件6和光学成像装置，所述天线透镜2对应所述透光槽设置，所述感光器件6和所述光学成像装置设置在所述天线底座3下方，且所述感光器件6位于所述光学纳米天线的聚焦处。所述光学成像装置对应所述感光器件6设置，用于处于所述感光器件6接受的光信号。
所述微波天线还包括馈电网络盒4，所述馈电网络盒4内设置有与所述天线线阵1连接的馈电网络，所述馈电网络盒4和各所述天线线阵1一一对应设置。
优选的，所述馈电网络盒4设置为长方体，所述馈电网络盒4设置在所述天线底座3的底部，所述馈电网络盒4在长边方向上的端部上设置有连接器5，所述馈电网络通过所述连接器5与天线收发组件连接，从而可将微波天线收发组件安置在所述光学纳米天线的外侧，即倒锥形光学成像通道外部，消除了两种天线对彼此性能的不良影响。
根据微波天线工作带宽，扫描能力等性能要求确定微波天线线阵之间间距大小，相邻所述天线线阵1之间的间距d由微波天线最高工作频率及微波天线扫描角度决定，所述天线透镜2的间距c不大于(d-8)mm，即所述透光槽间距c不大于d-8，其中，c和d的单位均为mm。
所述天线底座3安装所述光学纳米天线的地方开槽形成透光通道，所述微波天线设计时应考虑反射地板对透光通道的影响，进一步，设计时应尽量降低所述微波天线高度和厚度，以减小对所述光学纳米天线视域的遮挡。
所述天线高度和馈电网络盒高度与天线的工作带宽及最低工作频率有关，天线带宽越宽，最低工作频率越低，则天线和馈电网络盒高度越高。
所述光学纳米天线设计时应考虑所述微波天线遮挡影响，所述天线透镜2包括纳米级别厚度的光学纳米颗粒膜和衬底构成，所述衬底为所述介质支撑板。较佳的，所述衬底应尽量选用高介电常数的介质支撑板，即优选相对介电常数大于20的介质材料制作所述衬底，以减小所述微波天线背向辐射。进一步，应尽量降低所述馈电网络盒体4的高度，以减小对透光通道的遮挡。
本发明解决了微波天线和光学纳米天线跨尺度一体化集成问题，通过选择合适的微波天线及合理的结构设计，消除了两种天线对彼此性能的不良影响，在有效口径内实现了两种天线的一体化，打破了传统两种天线难以共口径一体化集成的现状，减小了占用空间，有很高的工程应用价值。
实施例二
如图2、图3、图4所示，图2为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例二的三维图；图3为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例二的正视图；图4为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例二的俯视图。
在本实施案例中，所述微波天线采用金属材质的Vivaldi天线，所述光学纳米天线的所述天线透镜2设置为长方形。
采用的金属材质的Vivaldi天线具有宽的工作带宽，良好的环境适应性。在所述天线线阵上设置有若干Vivaldi天线主体11，所述天线主体11的两侧面上开设有拱门形减重槽12，在不影响天线性能的前提下，可显著降低天线重量。所述天线线阵1底部设置有长方形谐振腔13，所述谐振腔13通过连接腔连接开口逐步张大的渐变槽14，所述渐变槽14由所述天线底座向远离所述天线底座3的方向开口逐渐增大，所述连接腔包括水平段15和倾斜段16，所述水平段15和所述谐振腔13连通，所述水平段15通过所述倾斜段16与所述渐变槽14靠近所述天线底座3的端部连通；天线馈电同轴探针位于所述水平段15位置上。
长方形的所述天线透镜2位于所述微波天线底部，固定设置在所述天线底座3上。所述天线底座3对应所述天线透镜2的位置设置有长方形的所述透光槽，用作光学传输通道。
所述馈电网络盒4位于所述金属Vivaldi天线底部，在所述馈电网络盒4的两个侧面分别引出所述连接器5，通过所述连接器5将所述天线收发组件安置在所述光学纳米天线的外侧，从而保证所述天线收发组件等器件不遮挡光学传输通道。
实施例三
如图5、图6、图7、图8所示，图5为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例三的三维图；图6为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例三的正视图；图7为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例三的后视图；图8为所述微波和光学纳米的共口径一体化天线结构实施例三的俯视图。
在本实施案例中，所述微波天线采用微带Vivaldi天线，所述光学纳米天线的所述天线透镜2为圆形。
所述微带Vivaldi天线由双层覆铜微带板制作，一面覆铜制作Vivaldi天线馈电线17，另一面覆铜制作Vivaldi天线辐射面18。所述微带Vivaldi天线厚度很薄，减少了对所述光学纳米天线的光学视域遮挡。
圆形的所述天线透镜2位于所述微波天线底部，固定设置在所述天线底座3上。所述天线底座3对应所述天线透镜2的位置设置有圆形的所述透光槽，用作光学传输通道。
所述馈电网络盒4位于所述微带Vivaldi天线底部，在所述馈电网络盒4的单个侧面引出所述连接器5，通过所述连接器5将所述天线收发组件安置在所述光学纳米天线的外侧，从而保证所述天线收发组件等器件不遮挡光学传输通道。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，其特征在于，包括微波天线、光学纳米天线和天线底座，所述微波天线和所述光学纳米天线均设置在所述天线底座上；所述微波天线包括若干板状的天线线阵，所述天线线阵设置在所述天线底座的上端面上，所述天线底座上设置有若干透光槽，所述光学纳米天线包括天线透镜、感光器件和光学成像装置，所述天线透镜对应所述透光槽设置；所述感光器件和所述光学成像装置设置在所述天线底座的下端面上，且所述感光器件位于所述光学纳米天线的聚焦处；所述微波天线还包括馈电网络盒，所述馈电网络盒内设置有与所述天线线阵连接的馈电网络，所述馈电网络盒和各所述天线线阵一一对应设置，所述馈电网络通过连接器与天线收发组件连接；
各所述天线线阵均平行设置，且均垂直设置在所述天线底座上；
所述透光槽和所述天线线阵交替排列设置，相邻所述天线线阵的间距为d，所述透光槽间距c不大于d-8mm，其中，c和d的单位均为mm，相邻天线线阵间距d通过所述微波天线的最高工作频率确定。
2.如权利要求1所述的微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，其特征在于，所述馈电网络盒设置为长方体，所述馈电网络盒设置在所述天线底座的底部，所述馈电网络盒在长边方向上的端部上设置有所述连接器。
3.如权利要求1所述的微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，其特征在于，所述天线透镜设置为长方形或圆形。
4.如权利要求1所述的微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，其特征在于，所述光学纳米天线包括介质支撑板，所述介质支撑板的介电常数大于20。
5.如权利要求3所述的微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，其特征在于，在所述天线线阵上设置有若干金属材质的Vivaldi天线主体，所述天线主体的两侧面上开设有拱门形减重槽。
6.如权利要求5所述的微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，其特征在于，所述天线线阵底部设置有长方形谐振腔，所述谐振腔通过连接腔连接开口逐步张大的渐变槽，所述渐变槽由所述天线底座向远离所述天线底座的方向开口逐渐增大。
7.如权利要求6所述的微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，其特征在于，所述连接腔包括水平段和倾斜段，所述水平段和所述谐振腔连通，所述水平段通过所述倾斜段与所述渐变槽靠近所述天线底座的端部连通；天线馈电同轴探针位于所述水平段位置上。
8.如权利要求3所述的微波和光学纳米的共口径一体化天线结构，其特征在于，所述微波天线采用微带Vivaldi天线，所述微带Vivaldi天线由双层覆铜微带板制作，一面覆铜制作Vivaldi天线馈电线，另一面覆铜制作Vivaldi天线辐射面。
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