一種ltcc疊層高增益圓極化微帶陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶貼片天線在兼顧高增益、寬頻帶以及圓極化方面的不足，提供一種基于LTCC技術(shù)的疊層圓極化微帶貼片天線，該天線包括上、下層輻射金屬貼片天線陣列，上、下層介質(zhì)基板，饋電網(wǎng)絡(luò)、接地金屬層和同軸接頭探針，其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列形狀、尺寸相同，每個(gè)天線陣列由四個(gè)小型天線陣列構(gòu)成，每個(gè)小型天線陣列由四個(gè)子陣列構(gòu)成，每個(gè)子陣列由四個(gè)輻射金屬貼片構(gòu)成，其中每個(gè)輻射金屬貼片均為加切角的正方形、一組對(duì)邊上開設(shè)矩形縫隙。該天線能夠更好地兼顧微帶貼片天線高增益、寬頻帶以及圓極化的性能要求，并且結(jié)構(gòu)較簡單。
【專利說明】—種LTCC疊層高增益圓極化微帶陣列天線【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種LTCC疊層高增益圓極化微帶陣列天線?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]微帶貼片天線具有體積小、重量輕、剖面薄和易于與載體共形的優(yōu)點(diǎn)，在近些年被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、導(dǎo)彈測控、武器引信、電子對(duì)抗、移動(dòng)通信、遙感遙測等領(lǐng)域。在機(jī)載或彈載應(yīng)用的時(shí)候，對(duì)微帶貼片天線尤其強(qiáng)調(diào)其高增益、寬頻帶和圓極化的性能要求。但微帶貼片天線頻帶很窄，當(dāng)前常用途徑包括增大基板厚度、降低基板介電常數(shù)、采取多層結(jié)構(gòu)、附加阻抗匹配等。但這些方式都是以增大天線的厚度或面積為代價(jià)的，不利于微帶貼片天線與載體的共形設(shè)計(jì)以及小型化的發(fā)展需求，使得天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者無法實(shí)現(xiàn)圓極化，空氣層的存在也減小了天線本身的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)于圓極化陣列天線也往往無法兼顧圓極化和增益特性。
[0003]近年來LTCC (低溫共燒陶瓷)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為開發(fā)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的微帶貼片天線提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。LTCC技術(shù)多層化過程中采用了流延和通孔技術(shù)，除了方便于加工生產(chǎn)以外，還可提供比常規(guī)基板材料更好的層厚控制，得到嵌入元素值上更緊的公差，因而有望為開發(fā)新型的低剖面、寬頻化以及低軸比的微帶貼片天線創(chuàng)造條件。LTCC工藝的疊層優(yōu)勢改變了傳統(tǒng)微帶天線的設(shè)計(jì)模式，將LTCC工藝與微帶天線的結(jié)合成為新的研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶貼片天線在兼顧高增益、寬頻帶以及圓極化方面的不足，提供一種基于LTCC技術(shù)的疊層圓極化微帶貼片天線，該天線能夠更好地兼顧微帶貼片天線高增益、寬頻帶以及圓極化的性能要求，并且結(jié)構(gòu)較簡單。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案為:
[0006]一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，包括上層輻射金屬貼片天線陣列1、下層輻射金屬貼片天線陣列2、上層介質(zhì)基板3、下層介質(zhì)基板4、饋電網(wǎng)絡(luò)6、接地金屬層7和同軸接頭探針9，其中，接地金屬層7位于下層介質(zhì)基板4的下表面，下層輻射金屬貼片天線陣列2與饋電網(wǎng)絡(luò)6位于下層介質(zhì)基板4的上表面，上層輻射金屬貼片天線陣列I位于上層介質(zhì)基板3的上表面，同軸接頭探針9穿過下層介質(zhì)基板4與饋電網(wǎng)絡(luò)6相連、與接地金屬層7相絕緣；其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列形狀、尺寸相同，與接地金屬層7相互平行設(shè)置，每個(gè)天線陣列由四個(gè)小型天線陣列構(gòu)成，每個(gè)小型天線陣列由四個(gè)子陣列構(gòu)成，每個(gè)子陣列由四個(gè)輻射金屬貼片構(gòu)成，其中每個(gè)輻射金屬貼片均為加切角11的正方形、一組對(duì)邊上開設(shè)矩形縫隙8。
[0007]進(jìn)一步的， 所述上層介質(zhì)基板3上開設(shè)有圓形窗口 5，以露出同軸接頭探針9，用于焊接；所述接地金屬層7開設(shè)有圓孔10，以穿過同軸接頭探針9。
[0008]所述饋電網(wǎng)絡(luò)6將下層輻射金屬貼片天線陣列2與同軸接頭探針9相連，饋電網(wǎng)絡(luò)6的微帶線在直角轉(zhuǎn)彎處采用圓形掃掠彎頭12連接、在尺寸跳變處采用漸變段過渡13，T型分支采用削角14。
[0009]更進(jìn)一步的，所述饋電網(wǎng)絡(luò)6微帶線線寬由介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小和厚度確定，使得饋電網(wǎng)絡(luò)6與同軸接頭探針9連接段微帶線的特征阻抗為50歐姆。
[0010]所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列中輻射金屬貼片切角大小有介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小和厚度確定、使得天線陣列實(shí)現(xiàn)圓極化。
[0011]所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列中輻射金屬貼片的尺寸由LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的中心頻率點(diǎn)和帶寬確定。
[0012]所述上、下層介質(zhì)基板采用LTCC流延陶瓷膜片疊片而成，所采用LTCC陶瓷材料的相對(duì)介電常數(shù)在2?100之間。
[0013]所述饋電網(wǎng)絡(luò)、接地金屬層、上、下層輻射金屬貼片天線陣列采用銀漿印刷于相應(yīng)介質(zhì)基板表面，LTCC疊層圓極化微帶陣列天線經(jīng)流延、印刷、疊片、打孔、填銀、等靜壓和燒結(jié)工藝后形成。
[0014]需要說明的是:本發(fā)明中上、下層輻射金屬貼片天線陣列中輻射金屬貼片的切角尺寸根據(jù)基板的介電常數(shù)大小和厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，以確保天線軸比達(dá)到指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)圓極化；輻射金屬貼片一組對(duì)邊上的矩形縫隙的尺寸根據(jù)陣列天線帶寬進(jìn)行調(diào)節(jié)，在一定程度上起到拓展帶寬的作用。
[0015]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)和有益效果為:1)本發(fā)明提供的陣列天線結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是通過LTCC印刷工藝，可以將多層微帶天線結(jié)構(gòu)緊密而精確地疊加在一起，有效提高天線的精度并縮小天線的尺寸；2)采用8X8天線陣列，有效的提高了天線增益；3)采取兩層分別高于整個(gè)天線中心頻率和低于整個(gè)天線中心頻率的輻射金屬貼片天線陣列，使其輻射帶寬相互疊加，從而有效拓展整個(gè)天線的帶寬；4)通過在輻射金屬貼片增加切角，可很好的實(shí)現(xiàn)圓極化；5)通過在輻射金屬貼片兩邊添加縫隙，有效拓展了天線的帶寬；6)通過多種微帶線不連續(xù)性補(bǔ)償:微帶線直角轉(zhuǎn)彎處采用圓形掃掠彎頭，微帶線尺寸跳變處采用漸變段過渡，微帶線T型分支采用削角，有效減小相位和振幅誤差、避免輸入域輸出失配以及可能的寄生耦合。此外，該天線充分利用了 LTCC先進(jìn)的疊層和層厚控制技術(shù)，保證了不同疊層之間的緊密無間隙結(jié)合，形成致密的一體化結(jié)構(gòu)，提高了天線的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明相對(duì)于常規(guī)基于有機(jī)介質(zhì)或陶瓷基板的微帶貼片天線，不僅可在相同尺寸限制下獲得更寬的天線帶寬，同時(shí)天線的圓極化性能更好，獲得更高的增益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的結(jié)構(gòu)展開示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的頂面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的下層輻射金屬貼片天線陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的接地金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的下層輻射金屬貼片天線子陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線工作頻率與反射損耗Sll之間的關(guān)系O[0022]圖7為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線在10.3GHz處增益與角度之間的關(guān)
系O
[0023]圖8為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線在10.3GHz處軸比與角度之間的關(guān)
系O
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0025]如圖6、圖7所示，本發(fā)明實(shí)施方式提供的微帶貼片天線的中心頻點(diǎn)為10.3GHz，為微帶貼片收發(fā)公用天線，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)阻抗帶寬超過560MHz的微帶貼片天線，天線增益可達(dá)到22.1OdBi,且天線的軸比可達(dá)到1.77dB。
[0026]本實(shí)施例提供的一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖5所示，包括:
[0027]下層介質(zhì)基板:該基板采用5張厚度為0.1mm，介電常數(shù)為5.9的LTCC流延膜片疊片而成，基板下表面采用銀漿印刷接地金屬層；基板上表面印刷下層輻射金屬貼片天線陣列及饋電網(wǎng)絡(luò)，下層輻射金屬貼片天線陣列為8X8天線陣列，天線陣列由四個(gè)小型天線陣列構(gòu)成，每個(gè)小型天線陣列由四個(gè)子陣列構(gòu)成，每個(gè)子陣列由四個(gè)輻射金屬貼片構(gòu)成，每個(gè)福射金屬貼片的長、寬均為4.8mm,切角長度為0.8mm,矩形縫隙長為Imm,寬為0.2mm ;饋電網(wǎng)絡(luò)與同軸接頭探針連接段微帶線的特征阻抗為50歐姆；在下層介質(zhì)基板上對(duì)應(yīng)同軸接頭探針位置開設(shè)圓形窗口，其直徑1.3mm;在接地金屬層對(duì)應(yīng)同軸接頭探針位置預(yù)留直徑1.5mm的圓形不涂金屬層，保證同軸接頭探針與接地金屬層相絕緣。
[0028]上層介質(zhì)基板:該基板采用4張厚度為0.1mm，介電常數(shù)為5.9的LTCC流延膜片疊片而成，其上表面印刷上層輻射金屬貼片天線陣列，其天線陣列排列形狀、尺寸與下層輻射金屬貼片天線陣列對(duì)應(yīng)相同；在上層介質(zhì)基板上對(duì)應(yīng)于同軸接頭探針位置打孔，孔面積比下層介質(zhì)基板的孔大，直徑2.5mm,以露出下層介質(zhì)基板同軸接頭探針，方便焊接，以實(shí)現(xiàn)下層輻射金屬貼片天線陣列通過同軸接頭探針經(jīng)饋電網(wǎng)絡(luò)和同軸接頭連通。
【權(quán)利要求】
1.一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，包括上層輻射金屬貼片天線陣列(I)、下層輻射金屬貼片天線陣列(2)、上層介質(zhì)基板(3)、下層介質(zhì)基板(4)、饋電網(wǎng)絡(luò)(6)、接地金屬層(7)和同軸接頭探針(9)，其中，接地金屬層(7)位于下層介質(zhì)基板(4)的下表面，下層輻射金屬貼片天線陣列(2)與饋電網(wǎng)絡(luò)(6)位于下層介質(zhì)基板(4)的上表面，上層輻射金屬貼片天線陣列(I)位于上層介質(zhì)基板(3)的上表面，同軸接頭探針(9)穿過下層介質(zhì)基板(4)與饋電網(wǎng)絡(luò)(6)相連、與接地金屬層(7)相絕緣；其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列(1、2)形狀、尺寸相同，與接地金屬層(7)相互平行設(shè)置，每個(gè)天線陣列由四個(gè)小型天線陣列構(gòu)成，每個(gè)小型天線陣列由四個(gè)子陣列構(gòu)成，每個(gè)子陣列由四個(gè)輻射金屬貼片構(gòu)成，其中每個(gè)輻射金屬貼片均為加切角(11)的正方形、一組對(duì)邊上開設(shè)矩形縫隙(8)。
2.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述上層介質(zhì)基板(3)上開設(shè)有圓形窗口(5)，以露出同軸接頭探針(9)，用于焊接；所述接地金屬層(7)開設(shè)有圓孔(10)，以穿過同軸接頭探針(9)，保證同軸接頭探針與接地金屬層相絕緣。
3.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)(6)將下層輻射金屬貼片天線陣列(2)與同軸接頭探針(9)相連，饋電網(wǎng)絡(luò)(6)的微帶線在直角轉(zhuǎn)彎處采用圓形掃掠彎頭(12)連接、在尺寸跳變處采用漸變段過渡(13)，T型分支采用削角(14)。
4.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)(6)微帶線線寬由介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小和厚度確定，使得饋電網(wǎng)絡(luò)(6)與同軸接頭探針(9)連接段微帶線的特征阻抗為50歐姆。
5.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列(1、2)中輻射金屬貼片切角(11)大小由介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小和厚度確定，使得天線陣列實(shí)現(xiàn)圓極化。
6.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列(1、2)中輻射金屬貼片的尺寸由LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的中心頻率點(diǎn)和帶寬確定。
7.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述上、下層介質(zhì)基板(3、4)采用LTCC流延陶瓷膜片疊片而成，所采用LTCC陶瓷材料的相對(duì)介電常數(shù)在2?100之間。
8.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)(6)、接地金屬層(7)、上、下層輻射金屬貼片天線陣列(1、2)采用銀漿印刷于相應(yīng)介質(zhì)基板表面，LTCC疊層圓極化微帶陣列天線經(jīng)流延、印刷、疊片、打孔、填銀、等靜壓和燒結(jié)工藝后形成。
【文檔編號(hào)】H01Q21/00GK103887614SQ201410115137
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】張懷武, 郝欣欣, 段耀鐸 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)