專利名稱：介質(zhì)基片集成單脈沖天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在通信系統(tǒng)的天線和饋電模塊中應(yīng)用的天線，尤其涉及一種介質(zhì)基片集成單脈沖天線。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的單脈沖天線的實現(xiàn)方法是使用相互交錯的兩組金屬波導(dǎo)縫隙陣列，一組用偶模激勵，另一組用奇模激勵。這兩組波導(dǎo)縫隙陣列的幅度分布相同，它們各自對于遠區(qū)散射場的貢獻相同。由于這兩組激勵相互正交，所以它們所產(chǎn)生的單脈沖增益不受影響，保持較高的水平。而且由于兩組陣列的縫隙配置基本相同，這就使得兩組波導(dǎo)中的波傳播速度以及縫隙間距基本相同，從而在頻率變化時得到基本相同的和差方向圖。通過檢測獲得的和差波束就能夠?qū)崟r偵知反射物體所在的方向，因此這種天線在雷達系統(tǒng)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的單脈沖天線所用的金屬波導(dǎo)體積較大、重量很重、移動困難；其材料成本較高、加工成本昂貴，而且由于其移動困難造成了相關(guān)的機械成本的增加；更不便的是，金屬波導(dǎo)的制造精度無法保證成品天線工作正常，這樣在加工完成后還需要一個調(diào)整過程以修正誤差，就造成了批量生產(chǎn)的困難。這些缺陷使得此類天線造價極為昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種易于生產(chǎn)、尤其是易于批量生產(chǎn)且制造精度高、并能提高天線性能的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，本發(fā)明能夠?qū)崟r探知反射物體所在方向。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于無線通信、雷達、電子導(dǎo)航與電子對抗等電子設(shè)備的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，包括介質(zhì)基片板，在介質(zhì)基片板的正反兩面均設(shè)有金屬箔，在其中一面的金屬箔上刻蝕有縫隙陣列、微帶功分器及和差器，縫隙陣列單元與微帶功分器的一端連接，微帶功分器的另一端連接與和差器連接，在介質(zhì)基片板和金屬箔設(shè)有互通通孔且該通孔為金屬化通孔，金屬化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金屬化通孔將縫隙陣列單元包圍其內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明是在一塊介質(zhì)基片上形成了整個天線和饋電系統(tǒng)。首先，通過在介質(zhì)基片上打多排金屬通孔形成多個平行的介質(zhì)基片集成波導(dǎo)，這種波導(dǎo)工作于主模狀態(tài)時具有和矩形金屬波導(dǎo)相類似的傳輸特性和場分布。相鄰的通孔間距以及排與排之間的距離都根據(jù)實際要求確定。然后在介質(zhì)基片的表面金屬層上蝕刻出縫隙陣列，每個縫隙的長度和位置都可以通過精確地計算確定，使其滿足有源導(dǎo)納諧振條件并位于短路波導(dǎo)中駐波的波峰上。這樣形成的波導(dǎo)縫隙陣列被完全集成在一塊介質(zhì)基片上，而且成熟的PCB、LTCC等加工工藝保證了制造的精度和可靠性。最后利用微帶環(huán)形電橋和微帶功分器組成的饋電網(wǎng)絡(luò)，再通過低損耗的微帶一介質(zhì)基片集成波導(dǎo)連接，把功率饋入介質(zhì)基片集成波導(dǎo)中，獲得和差波束。本發(fā)明把饋電網(wǎng)絡(luò)和波導(dǎo)縫隙陣列集成到同一塊介質(zhì)基片上。本發(fā)明具有如下具體優(yōu)點1)單脈沖增益較高，而且角度靈敏度較高，使其能夠滿足苛刻條件的需要；可以賦形的方向圖使得這種天線可以廣泛應(yīng)用于各種雷達和衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
2)體積小、重量輕、易于集成、加工成本低。這種介質(zhì)基片集成單脈沖天線完全在一塊介質(zhì)基片上實現(xiàn)整個天線和饋電系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)縫隙陣列天線比較，它的體積和重量都要小得多。而且由于可以利用成熟的PCB、LTCC等工藝技術(shù)加工，使其加工成本大大降低。
3)制造精度高，可以批量生產(chǎn)。PCB等制造工藝的精度要大大優(yōu)于金屬波導(dǎo)的制作和開槽工藝。這就保證了每次加工出的天線都能符合設(shè)計要求，不需要修正誤差的過程。這樣為大規(guī)模批量生產(chǎn)提供了可能。


圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)主視圖。
圖2是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖3是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)后視圖。
圖4是本發(fā)明的金屬化通孔結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明和差器結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖6是本發(fā)明第一端口饋電的H面歸一化輻射方向圖的計算和測試結(jié)果比較圖。
圖7是本發(fā)明第三端口饋電的E面歸一化輻射方向圖的計算和測試結(jié)果比較圖。
具體實施例方式
實施例1一種用于無線通信、雷達、電子導(dǎo)航與電子對抗等電子設(shè)備的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，其特征在于包括介質(zhì)基片板1，在介質(zhì)基片板1的正反兩面均設(shè)有金屬箔5、6，在其中一面的金屬箔5上刻蝕有縫隙陣列3、微帶功分器4及和差器6，縫隙陣列單元與微帶功分器4的一端連接，微帶功分器4的另一端連接與和差器6連接，在介質(zhì)基片板1和金屬箔5、6設(shè)有互通通孔2且該通孔2為金屬化通孔，金屬化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金屬化通孔將縫隙陣列單元包圍其內(nèi)。
實施例2本發(fā)明利用微帶環(huán)形3dB電橋來實現(xiàn)單脈沖天線所需的和差波束。令上圖中的2端口和4端口連接接收天線，接收到的信號在1端口疊加形成和波束，在3端口相減形成差波束。微帶環(huán)形電橋和基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線一起形成整個天饋系統(tǒng)，并可以集成到一塊PCB基片上實現(xiàn)。單脈沖天線的設(shè)計的工作頻率在X波段，中心頻率10GHz。采用介電常數(shù)εr＝2.4的介質(zhì)基片，基片的厚度為1.5mm，基片的介質(zhì)損耗角正切tanδ＝0.002。令引出臂的寬度為W1＝2.4mm，則引出臂的特性阻抗Zc＝73.94Ω。環(huán)帶的特性阻抗為引出臂的 倍，為104.57Ω。由此可以進一步得到環(huán)帶的寬度W2＝1.19mm。我們知道微帶電橋環(huán)帶的總長度為540度，根據(jù)環(huán)帶的特性阻抗等條件可以得到環(huán)帶的總長度為32.38mm。由此可知環(huán)帶的半徑等于5.15mm，其中內(nèi)徑為4.56mm，外徑為5.75mm。四條引出臂之間的間隔分別為90度、90度、90度和270度。
與微帶環(huán)形電橋相連的是一個4行8列等幅分布基片集成波導(dǎo)縫隙陣列?；刹▽?dǎo)的寬度a＝12.46mm，基片厚度b＝1.5mm，所有縫隙的寬度均為0.2mm。各縫隙的長度和相對于波導(dǎo)中心線的位移可見下表

本發(fā)明的工作過程是功率首先通過基片的金屬表面蝕刻出的縫隙陣列進入基片集成波導(dǎo)，再經(jīng)過微帶一介質(zhì)基片集成波導(dǎo)連接進入各個微帶分支，繼而通過微帶功分器合成為兩路信號。這兩路信號在微帶環(huán)形電橋的作用下產(chǎn)生和差波束即為接收信號。其中基片集成波導(dǎo)的縫隙長度和位置的不同將給輻射出的方向圖賦予不同的形狀。每個縫隙都必須工作在諧振條件下，使得天線有較小的插入損耗。發(fā)射天線的工作過程與之相反。
權(quán)利要求
1.一種用于無線通信、雷達、電子導(dǎo)航與電子對抗等電子設(shè)備的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，其特征在于包括介質(zhì)基片板(1)，在介質(zhì)基片板(1)的正反兩面均設(shè)有金屬箔(5、6)，在其中一面的金屬箔(5)上刻蝕有縫隙陣列(3)、微帶功分器(4)及和差器(6)，縫隙陣列單元與微帶功分器(4)的一端連接，微帶功分器(4)的另一端連接與和差器(6)連接，在介質(zhì)基片板(1)和金屬箔(5、6)設(shè)有互通通孔(2)且該通孔(2)為金屬化通孔，金屬化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金屬化通孔將縫隙陣列單元包圍其內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于無線通信、雷達、電子導(dǎo)航與電子對抗等電子設(shè)備的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，包括介質(zhì)基片板，在介質(zhì)基片板的正反兩面均設(shè)有金屬箔，在其中一面的金屬箔上刻蝕有縫隙陣列、微帶功分器及和差器，縫隙陣列單元與微帶功分器的一端連接，微帶功分器的另一端連接與和差器連接，在介質(zhì)基片板和金屬箔設(shè)有互通通孔且該通孔為金屬化通孔，金屬化通孔呈“U”形排列，呈“U”形排列的金屬化通孔將縫隙陣列單元包圍其內(nèi)；本發(fā)明具有易于生產(chǎn)、尤其是易于批量生產(chǎn)且制造精度高、并能提高天線性能等優(yōu)點，本發(fā)明能夠?qū)崟r探知反射物體所在方向。
文檔編號H01Q13/10GK1719662SQ200510040420
公開日2006年1月11日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月8日
發(fā)明者顏力, 洪偉, 吳柯, 陳繼新, 華光 申請人:東南大學(xué)