一种毫米波/红外双模复合探测用共形天线

摘要

本发明公开了一种毫米波/红外双模复合探测用共形天线，它是由透红外辐射的窗口基体、化合物半导体薄膜贴片、绝缘介质基片、化合物半导体薄膜接地片及与化合物半导体薄膜贴片良好欧姆接触的馈线组成，所述化合物半导体薄膜贴片间隔设置在窗口基体的内表面上，相应的馈线位于窗口基体的内表面上；窗口基体的内表面及化合物半导体薄膜贴片和馈线由所述绝缘介质基片包覆，所述化合物半导体薄膜接地片覆设在绝缘介质基片上远离窗口基体一侧的表面上。本发明基于传统毫米波天线技术，在现有的红外探测设备的红外窗口上整合毫米波天线，形成了毫米波/红外双模复合探测的共形天线，实现毫米波/红外双模无遮挡、同轴、共口径、共形的复合探测与识别。

说明书

技术领域

本发明涉及一种毫米波/红外双模复合探测用共形天线，属于双模复合探测与识别技术。

背景技术

目前，采用焦平面阵列的红外成像装置无论昼夜均可提供高分辨率的影像，但在大雾、浓烟、灰尘或雪天显著降低其性能，而且红外探测不能给出目标的距离和速度数据，毫米波雷达具有微波雷达的全天候和对烟、雾穿透良好等优点，同时因波束较窄而具有更高的目标分辨率，在车辆自主驾驶、飞机自主进场着陆系统中，红外与毫米波雷达结合使用会显著提高安全性，象美国的飞机自主进场着陆系统AALC，使用8～12微米的长波红外与95GHz毫米波结合，在低云层、能见度为零的气象条件下可实现安全着陆。

由于毫米波与红外波段两者硬件差别大，结构配置与安装困难，毫米波天线与红外窗口的共口径技术是毫米波/红外双模探测与识别关键技术之一，目前国内外的毫米波/红外双模复合形式主要有两种形式：第一中复合形式如图1所示，毫米波接收器16和红外探测器11均安装在窗口的顶端，外设有双模整流罩13保护，在红外探测器11两侧和毫米波接收器16的后方分别设有主反射镜12和红外/毫米波二色镜17，目标红外辐射14和毫米波回波15均通过主反射镜反射，再分别在红外/毫米波二色镜上反射和透射至红外探测器11和毫米波接收器16上。这种毫米波/红外双模复合形式，特点在于能够实现双模共轴、共口径，但毫米波天线和红外探测视场相互遮挡，各自占据部分市场面积导致探测能力下降；第二种复合形式如图2所示，将一个红外寻的器22安装在探测装置的头部，外设有红外窗口21，在探测装置的红外窗口以外的外周部设有共形毫米波振子天线阵23。这种毫米波/红外双模复合形式，特点在于能够实现双模共轴和合理利用探测装置的窗口空间，但是毫米波天线和红外探测不共口径，结构配置和数据融合难度大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于现有的红外窗口和毫米波天线结构整合的毫米波/红外双模探测用共形天线，实现毫米波天线和红外窗口同轴、共口径、共形，又能相互覆盖整个视场，简化整机结构，奠定毫米波/红外双模复合探测与识别系统广泛应用的基础。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种毫米波/红外双模复合探测用共形天线，它是由透红外辐射的窗口基体、化合物半导体薄膜贴片、绝缘介质基片、化合物半导体薄膜接地片及与化合物半导体薄膜贴片良好欧姆接触的馈线组成，所述化合物半导体薄膜贴片间隔设置在窗口基体的内表面上，相应的馈线位于窗口基体的内表面上；窗口基体的内表面及化合物半导体薄膜贴片和馈线由所述绝缘介质基片包覆，所述化合物半导体薄膜接地片覆设在绝缘介质基片上远离窗口基体一侧的表面上。

所述的化合物半导体薄膜贴片和化合物半导体薄膜接地片的材料选自透红外辐射的半导体材料。

所述透红外辐射的半导体材料为HgMnTe、ZnO、ITO或者InSb。

所述的窗口基体为球形窗口或者非球面窗口。

所述的窗口基体材料选取在3～5微米波段具有良好透过率的蓝宝石、氟化镁、尖晶石、ALON或在8～12微米波段具有良好透过率的ZnS。

所述的绝缘介质基片选取具有较低介电常数且在红外工作波段具有良好透过率的材料，质基片材料优选为SiO₂。

所述化合物半导体薄膜贴片和化合物半导体薄膜接地片的厚度为5-12μm。

本发明基于传统毫米波天线技术，在现有的红外探测设备的红外窗口上整合毫米波天线，形成了毫米波/红外双模复合探测的共形天线，即一种透红外辐射的共形毫米波天线，实现毫米波/红外双模无遮挡、同轴、共口径、共形的复合探测与识别，同时采用红外波段具有较高的透过率且接近于金属导电性能的材料例如HgMnTe半导体、ZnO半导体、ITO半导体或者InSb半导体，替代了现有微带天线中的金属贴片（薄膜）及接地片，实现了毫米波/红外双模复合探测的视场无遮挡，保证了原有毫米波探测和红外探测的探测能力。本发明的共形天线可单独用作毫米波天线罩和红外探测装置的红外窗口。

附图说明

图1为背景技术中第一种毫米波/红外双模复合形式的结构示意图；

图2为背景技术中第二种毫米波/红外双模复合形式的结构示意图；

图3为本发明实施例1的结构示意图；

图4为图3中A处的放大图；

图5为本发明实施例3的结构示意图；

图6为本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明的毫米波/红外双模复合探测用共形天线的一种具体实施例如图3、4所示，它是由透红外辐射的窗口基体1、化合物半导体薄膜贴片2、绝缘介质基片3、化合物半导体薄膜接地片4及与化合物半导体薄膜贴片2良好欧姆接触的馈线5组成，窗口基体1采用椭球面形状；化合物半导体薄膜贴片2间隔分布设置在窗口基体1的内表面上，相应的馈线5也位于窗口基体1的内表面上，构成毫米波天线阵，化合物半导体薄膜贴片的分布范围可以根据红外探测视场大小而定；窗口基体1的内表面及化合物半导体薄膜贴片2和馈线5由绝缘介质基片3包覆，化合物半导体薄膜接地片4覆设在绝缘介质基片3上远离窗口基体1的另一侧面上。

其中化合物半导体薄膜贴片和化合物半导体薄膜接地片均采用HgMnTe半导体材料，窗口基体采用热压氟化镁材料，馈线采用常规的Cr/Au材料，绝缘介质基片采用SiO₂材料。采用上述材料的各构件可以采用常规技术进行覆设，如激光直写光刻技术、腐蚀技术、飞秒脉冲激光沉积技术、磁控溅射技术、化学气相沉淀技术、电子束蒸发沉淀技术等。其中HgMnTe半导体材料的化合物半导体薄膜贴片和化合物半导体薄膜接地片采用激光直写光刻技术、腐蚀技术或飞秒脉冲激光沉积技术制备，厚度分别为5和8μm；其中热压氟化镁材料的窗口基体使用光学加工中心加工而成，窗口基体旨在起到支撑、承载和透红外光波的作用，其厚度可在实现上述作用的前提下自由选择，本实施例中的窗口基体厚度为1.8mm，能透过8-11微米的红外波段；其中Cr/Au材料的馈线采用激光直写光刻技术、腐蚀技术或飞秒脉冲激光沉积技术制备；其中SiO₂材料的绝缘介质基片采用电子束蒸发沉淀技术制备，绝缘介质基片旨在起到绝缘作用其厚度可在保证绝缘的前提下自由选择，本实施例中选择绝缘介质基片厚度为150μm。

实施例2

本实施例的共形天线的一种具体实施例与实施例1的结构相同，区别在于化合物半导体薄膜贴片采用InSb材料，可采用激光直写光刻技术、腐蚀技术或飞秒脉冲激光沉积技术制备，化合物半导体薄膜贴片厚度为10μm；其中化合物半导体薄膜接地片采用InSb材料，采用磁控溅射技术制备，厚度为12μm；窗口基体采用ZnS材料，采用化学气相沉淀技术制备。

实施例3

本发明的毫米波/红外双模复合探测用共形天线的一种具体实施例如图5所示，它是由透红外辐射的窗口基体6、化合物半导体薄膜贴片7、化合物半导体薄膜接地片8及与化合物半导体薄膜贴片7良好欧姆接触的馈线30组成，窗口基体6采用椭球面形状且采用绝缘材料；化合物半导体薄膜贴片6间隔分布设置在窗口基体6的外表面上，相应的馈线30也位于窗口基体的外表面上，构成毫米波天线阵，化合物半导体薄膜贴片的分布范围可以根据红外视场的大小而定；化合物半导体薄膜接地片8覆设于窗口基体6的内表面上。

其中化合物半导体薄膜贴片InSb半导体材料，馈线采用Cr/Au材料，两者可采用激光直写光刻技术、腐蚀技术或飞秒脉冲激光沉积技术制备，化合物半导体薄膜贴片厚度为10μm；其中化合物半导体薄膜接地片采用InSb材料，采用磁控溅射技术制备，厚度为12μm；其中窗口基体采用ZnS材料，采用化学气相沉淀技术制备，能透过8-11微米的红外波段。

实施例4

本发明的毫米波/红外双模复合探测用共形天线的一种具体实施例如图6所示，本实施例与实施例1的区别其在于窗口基体10为正球面形状，采用蓝宝石材料，使用传统的光学加工方法加工而成，能透过3-5毫米的红外波段；化合物半导体薄膜接地片采用ZnO半导体材料替换HgMnTe半导体材料。