一種ltcc縫隙耦合陣列天線的制作方法
【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寬頻帶高增益陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]微帶貼片天線具有體積小、重量輕、剖面薄、易共形等諸多優(yōu)點(diǎn)，在雷達(dá)、導(dǎo)彈測控、衛(wèi)星定位、無線通信、遠(yuǎn)程遙感、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。在機(jī)載或彈載應(yīng)用的時候，對微帶陣列天線尤其強(qiáng)調(diào)其小型化、寬頻帶和高增益的性能要求。但微帶貼片天線輸入阻抗隨頻率的變化十分敏感，導(dǎo)致其阻抗帶寬很窄。當(dāng)前的微帶貼片天線普遍都采用有機(jī)介質(zhì)材料或陶瓷材料作基板，為了拓展微帶貼片天線的帶寬，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。微帶貼片天線兼顧小型化、寬帶化和高增益發(fā)展的矛盾始終未能得到很好的解決。
[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)大的動力。LTCC技術(shù)作為一種先進(jìn)的多層陶瓷技術(shù)，不僅可將傳統(tǒng)微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)從原先的一維擴(kuò)充到三維，而且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、寬頻帶和高增益的微帶貼片天線創(chuàng)造條件。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶陣列天線在兼顧小型化、寬頻帶和高增益方面的不足，提供一種基于LTCC技術(shù)的縫隙耦合寬頻帶高增益微帶陣列天線，該天線更好地兼顧了微帶貼片天線小型化、寬頻帶和高增益的性能要求。
[0005]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種LTCC縫隙耦合陣列天線，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖5所示，由上至下依次包括2"個上層矩形輻射金屬貼片單元2、上層介質(zhì)基板1、2"個下層矩形輻射金屬貼片單元4、中層介質(zhì)基板3、接地金屬層6、下層介質(zhì)基板8及微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7，所述2"個上層矩形輻射金屬貼片單元2設(shè)于上層介質(zhì)基板I上表面，上層輻射金屬貼片單元2按三角形柵格排列，且相鄰的上層矩形輻射金屬貼片單元2的中心間距均為中心頻率對應(yīng)的二分之一自由空間波長；
[0007]所述2"個下層矩形輻射金屬貼片單元4設(shè)于中層介質(zhì)基板3上表面并呈矩形柵格排列，且與所述上層矩形輻射金屬貼片單元2—一對應(yīng)的，每一個下層矩形輻射金屬貼片單元4位于其相應(yīng)的上層矩形輻射金屬貼片單元2的下方，且每個下層矩形輻射金屬貼片單元4的中心相對于其相應(yīng)的上層矩形輻射金屬貼片單元2的中心沿貼片單元2的長邊方向錯位中心頻率下八分之一自由空間波長的距離；
[0008]所述接地金屬層6位于下層介質(zhì)基板8的上表面，接地金屬層6上開有2n個諧振縫隙5，所述2"個諧振縫隙5與下層矩形輻射金屬貼片單元4 一一對應(yīng)，且每個諧振縫隙5位于相應(yīng)下層輻射金屬貼片單元4的正下方；通過調(diào)節(jié)上層矩形輻射金屬貼片單元2、下層矩形輻射金屬貼片單元4及寫真縫隙5的尺寸可調(diào)節(jié)陣列天線的阻抗帶寬；
[0009]能量通過位于下層介質(zhì)基板8下表面的微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7通過諧振縫隙5耦合至下層矩形輻射金屬貼片單元4，再通過耦合方式將能量傳輸至上層矩形輻射金屬貼片單元2。
[0010]進(jìn)一步的，所述微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7可采用T型結(jié)功率分配器的級聯(lián)形式，利用四分之一波長阻抗變換器和T型結(jié)經(jīng)由2"個諧振縫隙5通過縫隙耦合實(shí)現(xiàn)所述2 n個下層矩形輻射金屬貼片單元4的等幅度和等相位激勵。
[0011]進(jìn)一步的，所述上層介質(zhì)基板1、中層介質(zhì)基板3和下層介質(zhì)基板8均采用LTCC流延陶瓷膜片疊片而成，所述微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7、接地金屬層6、上層輻射金屬貼片單元2和下層輻射金屬貼片單元4均采用銀漿印刷于相應(yīng)介質(zhì)基板表面，整個LTCC縫隙耦合寬頻帶高增益微帶陣列天線經(jīng)流延、印刷、疊片、打孔、填銀、等靜壓和燒結(jié)工藝后形成。
[0012]上層介質(zhì)基板1、中層介質(zhì)基板3和下層介質(zhì)基板8所采用LTCC陶瓷材料的相對介電常數(shù)范圍在2?100之間。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]I)該天線結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是采用LTCC工藝，使諧振縫隙、下層輻射金屬貼片單元和上層輻射金屬貼片單元互相耦合，以增加天線阻抗帶寬；
[0015]2)上層輻射金屬貼片天線單元按三角形柵格排列，使單元排列緊密，在滿足相同的天線指標(biāo)情況下所需單元數(shù)少，使陣列天線可實(shí)現(xiàn)大角度掃描；
[0016]3)下層輻射金屬貼片天線單元按矩形柵格排列，接地金屬層上開的諧振縫隙位于下層輻射金屬貼片單元正下方，按矩形柵格排列，以利于底層微帶饋電網(wǎng)絡(luò)排布；
[0017]4)上層矩形輻射金屬貼片單元與下層矩形輻射金屬貼片單元的錯位式排布方式進(jìn)一步提高了整個陣列天線的帶寬；
[0018]5)本發(fā)明充分利用了 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，且剖面厚度可控制在很小的范圍內(nèi)；相對于常規(guī)基于有機(jī)介質(zhì)或陶瓷基板的微帶貼陣列天線，本發(fā)明可在相同尺寸限制下獲得更寬的天線帶寬。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明提供的LTCC縫隙耦合陣列天線的結(jié)構(gòu)展開示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明提供的LTCC縫隙耦合陣列天線上層矩形輻射金屬貼片陣列排布示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明提供的LTCC縫隙耦合陣列天線下層矩形輻射金屬貼片陣列排布示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明提供的LTCC縫隙耦合陣列天線的開設(shè)有耦合縫隙的接地金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明提供的LTCC縫隙耦合陣列天線饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的LTCC縫隙耦合陣列天線回波損耗Sll與頻率的關(guān)系圖；
[0025]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的LTCC縫隙耦合陣列天線E面輻射方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]實(shí)施例
[0028]本實(shí)施例提供一種LTCC縫隙耦合寬頻帶高增益微帶陣列天線，中心頻率為1GHz，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖5所示，主要包括:
[0029]上層介質(zhì)基板I，該基板采用15張厚度為0.1mm、介電常數(shù)為5.9的LTCC流延膜片疊片而成，其上表面采用銀漿印刷有64個按三角形柵格排列的上層輻射金屬貼片單元2 ;
[0030]中層介質(zhì)基板3，該基板采用15張厚度為0.1_、介電常數(shù)為5.9的LTCC流延膜片疊片而成，其上表面是64個按矩形柵格排列的下層輻射金屬貼片單元4 ;
[0031]下層介質(zhì)基板8，該基板采用5張厚度為0.1_，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微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7，基板上表面采用銀漿印刷有接地金屬層，6，接地金屬層6上開有64個諧振縫隙5。
[0032]如圖6和圖7所示，本發(fā)明實(shí)施方式提供的微帶陣列天線可在長128mm寬104mm厚3.5mm的尺寸內(nèi)，實(shí)現(xiàn)阻抗帶寬超過4GHz、增益達(dá)到21.1dB的微帶陣列天線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種LTCC縫隙耦合陣列天線，由上至下依次包括2 "個上層矩形輻射金屬貼片單元(2)、上層介質(zhì)基板(I)、2"個下層矩形輻射金屬貼片單元(4)、中層介質(zhì)基板(3)、接地金屬層(6)、下層介質(zhì)基板(8)及微帶饋電網(wǎng)絡(luò)(7)，其特征在于，所述2n個上層矩形輻射金屬貼片單元(2)呈三角形柵格排列設(shè)于上層介質(zhì)基板(I)上表面，且相鄰的上層矩形輻射金屬貼片單元(2)的中心間距均為中心頻率對應(yīng)的二分之一自由空間波長； 所述2"個下層矩形輻射金屬貼片單元(4)設(shè)于中層介質(zhì)基板(3)的上表面并呈矩形柵格排列，且與所述上層矩形輻射金屬貼片單元(2) —一對應(yīng)的；每個下層矩形輻射金屬貼片單元(4)位于其相應(yīng)的上層矩形輻射金屬貼片單元(2)的下方，且每個下層矩形輻射金屬貼片單元(4)的中心相對于其相應(yīng)的上層矩形輻射金屬貼片單元(2)的中心沿貼片單元(2)的長邊方向錯位中心頻率下八分之一自由空間波長的距離； 所述接地金屬層(6)位于下層介質(zhì)基板(8)的上表面，接地金屬層(6)上開有2"個諧振縫隙(5)，所述2"個諧振縫隙(5)與下層矩形輻射金屬貼片單元(4) 一一對應(yīng)，且每個諧振縫隙(5)位于相應(yīng)下層矩形輻射金屬貼片單元(4)的正下方； 能量通過位于下層介質(zhì)基板(8)下表面的微帶饋電網(wǎng)絡(luò)(7)通過諧振縫隙(5)耦合至下層矩形輻射金屬貼片單元(4)，再通過耦合方式將能量傳輸至上層矩形輻射金屬貼片單元(2) ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC縫隙耦合陣列天線，其特征在于，所述位于下層介質(zhì)基板(8)下表面的微帶饋電網(wǎng)絡(luò)(7)采用T型結(jié)功率分配器的級聯(lián)形式，經(jīng)由2n個諧振縫隙(5)通過縫隙耦合實(shí)現(xiàn)所述2"個下層矩形輻射金屬貼片單元(4)的等幅度和等相位激勵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC縫隙耦合陣列天線，其特征在于，所述上層介質(zhì)基板(I)、中層介質(zhì)基板(3)和下層介質(zhì)基板(8)均采用LTCC流延陶瓷膜片疊片而成；所述微帶饋電網(wǎng)絡(luò)(7)、接地金屬層(6)、上層輻射金屬貼片單元(2)和下層輻射金屬貼片單元(4)均采用銀漿印刷于相應(yīng)介質(zhì)基板表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LTCC縫隙耦合陣列天線，其特征在于，上層介質(zhì)基板(I)、中層介質(zhì)基板(3)和下層介質(zhì)基板(8)所采用LTCC陶瓷材料的相對介電常數(shù)范圍在2?100之間。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種縫隙耦合陣列天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶陣列天線在兼顧小型化、寬頻帶和高增益方面的不足，該天線包括上、下層輻射金屬貼片單元，上、中、下層介質(zhì)基板，接地金屬層、諧振縫隙和微帶饋電網(wǎng)絡(luò)，所述上層輻射金屬貼片單元按三角形柵格排列，下層輻射金屬貼片單元按矩形柵格排列。相對于常規(guī)基于有機(jī)介質(zhì)或陶瓷基板的微帶貼陣列天線，本發(fā)明可在相同尺寸限制下獲得更寬的天線帶寬，并更好地兼顧貼片天線小型化、寬頻帶和高增益的性能要求。
【IPC分類】H01Q21-00, H01Q1-38, H01Q1-50, H01Q1-48
【公開號】CN104733843
【申請?zhí)枴緾N201510114219
【發(fā)明人】張懷武, 李貴棟, 李麗君, 郝欣欣, 段耀鐸, 劉小飛
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月16日