專利名稱：一種ltcc疊層微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)，特別涉及一種用于無線電 接收的低剖面微帶貼片天線。
背景技術(shù)：
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，在無線通信、遠程遙 感、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。但微帶貼片天線工作帶寬較窄的問題也成為其進一步 發(fā)展的瓶頸。當(dāng)前的微帶貼片天線普遍都采用有機介質(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。但這些方式都是以犧牲天線的厚度和體積為代價的。不利于微帶貼片天線與載 體的共形設(shè)計以及小型化的發(fā)展趨勢。微帶貼片天線兼顧低剖面和寬帶化發(fā)展的矛盾始終未 能得到很好的解決。
近年來LTCC技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為丌發(fā)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計的微帶貼片天線提供了強大的動 力。LTCC技術(shù)作為一種先進的多層陶瓷技術(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 望在兼顧微帶貼片天線低剖面和寬頻帶方面取得突破。
目前，由于LTCC天線的研究和設(shè)計起步較晚，相對于LTCC片式電感、電容、濾波器 等無源片式器件而言，基于LTCC基礎(chǔ)的天線設(shè)計和制作還處于初級階段，只有關(guān)于曲折線 型結(jié)構(gòu)微帶天線的報道和申請專利，而針對LTCC疊層低剖面、寬頻帶微帶貼片天線的報道 還沒有。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶貼片天線在兼顧低剖面和寬頻帶方面的不足，提供一種 LTCC疊層微帶貼片天線，該天線能夠在兼顧微帶貼片天線低剖面的前提下，較顯著的提升 微帶天線的工作帶寬。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)-一種LTCC疊層微帶貼片天線，如圖l、 2所示，包括第一層LTCC基片6:該基片采用完全相同的多張LTCC流延陶瓷膜片疊片而成，厚度 能夠精確控制第一層LTCC基片6上開有一同軸饋電孔5;第一層LTCC基片6的下表面 除以同軸饋電孔5和同軸饋電孔5中心為圓心的圓環(huán)狀陶瓷介質(zhì)外，其余地方都是作為反射 底板7的銀電極；第一層LTCC基片6的上表面是正方形第一層輻射金屬貼片4，第一層輻 射金屬貼片4的面積大小使得其輻射中心頻點略高于整個微帶貼片天線的中心工作頻率。
第二層LTCC基片3:該基片材質(zhì)與第一層LTCC基片6相同，但其上均勻開有許多孔 穴，以降低第二層LTCC基片3的等效介電常數(shù)，并增強第一層LTCC基片6上的第一層輻 射金屬貼片4與第三層LTCC基片2上的第二層輻射金屬貼片1之間的耦合。第二層LTCC 基片3采取完全相同的多張打孔的LTCC流延膜片疊片而成，厚度能夠精確控制。
第三層LTCC基片2:該層基片材質(zhì)與前兩層LTCC基片相同，至少是一層LTCC流延陶 瓷膜片。第三層LTCC基片2的上表面是正方形第二層輻射金屬貼片1,第二層輻射金屬貼 片1的面積大小使得其輻射中心頻點略低于整個微帶貼片天線的中心工作頻率。
同軸饋電針同軸饋電針從底部插入同軸饋電孔5，用銀漿灌封并燒銀以確保同軸饋電 針與第一層LTCC基片6的上表面的第一層輻射貼片4良好接觸。且同軸饋電針與反射底板 之間絕緣，其間有一圈未印刷銀的LTCC介質(zhì)加以隔離。
所述第一、二和三層LTCC基片按照從下往上第一、二和三的順序緊密無間隙重疊，具 體可通過LTCC疊層和等靜壓工藝后先形成一個整體，再經(jīng)低溫共燒后形成一個整體。
上面所述第一、二和三層LTCC基片所采用LTCC陶瓷的相對介電常數(shù)范圍為2 50。 其中第一層LTCC基片厚度范圍為0.5mm 50mm，可通過具用相同材質(zhì)LTCC流延膜片不斷 層疊來獲得。第二層LTCC基片厚度范圍為0.5rmn 50mm，可通過打孔的LTCC流延膜片不 斷層疊來獲得。第三層LTCC基片厚度范圍為0.02mm 0.1mm，至少需要一層LTCC流延膜 片予以實現(xiàn)。
上面所述銀電極和第一、二層輻射金屬貼片均采用銀漿經(jīng)與陶瓷共燒或燒銀后形成。
本發(fā)明也可用于實現(xiàn)頻點間距不太大的雙頻ifc帶貼片天線，只需適當(dāng)調(diào)整第一層和第三 層基片上輻射貼片的面積，使其輻射中心頻點分別對應(yīng)于雙頻天線的兩個中心f點即可。
上面所述第一、二層輻射金屬貼片的面積大小由天線的頻率要求來決定，并且根據(jù)天線 是線極化或圓極化工作方式，貼片可不切角或進行切角。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果本發(fā)明所述微帶貼片天線結(jié)構(gòu)的主要特點是在LTCC結(jié)構(gòu)中嵌入兩層輻射貼片，產(chǎn)生兩個分別略高于天線中心工作頻率和略低 于天線工作中心頻率的諧振點，其輻射帶寬相互疊加，可以有效拓展微帶天線的帶寬；通過 在中間層基片開孔穴的方式，降低基片對電磁場的束縛，不僅可增強兩層輻射貼片之間的耦 合，而且在不增大基片面積的前提下適當(dāng)拓展了天線的帶寬；利用LTCC先進的疊層和層厚 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)。采取本發(fā)明，相對于常規(guī)基于有機介 質(zhì)或陶瓷基板的微帶貼片天線，可以在相同厚度下獲得更寬的天線工作帶寬；或者在相同工 作帶寬要求下，進一步降低微帶貼片天線的剖面厚度。


圖1是本發(fā)明所述LTCC疊層微帶貼片天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明所述LTCC疊層微帶貼片天線的仰視圖。
圖3是本發(fā)明所述一種具體LTCC疊層微帶貼片天線中頻率與反射損耗Sll之間的關(guān)系。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
優(yōu)選實施例微帶貼片天線的中心頻點為1.268GHz，為BD-2型微帶接收天線，本發(fā)明可 在2.5mm的剖面厚度內(nèi)，實現(xiàn)阻抗帶寬超過30MHz的微帶貼片天線。
圖1和圖2分別為該LTCC疊層微帶貼片天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖和仰視圖。主要結(jié)構(gòu)包
括
第一層LTCC基片采用10張厚度為O.lmm的流延膜片疊層形成，在基片上適當(dāng)位置 開有一個直徑lmm左右的饋電孔?；笮〖梆侂娍椎奈恢眯璋凑仗炀€同軸饋電針輸入輸出 阻抗匹配的原則通過對天線電磁性能的仿真優(yōu)化來確定。基片下表面和上表面分別印刷了作 為反射底板的銀電極和第一輻射金屬貼片，貼片大小使得其輻射中心頻點比天線的中心頻率 1.268GHz偏低15MHz左右。
第二層LTCC基片采用10張厚度為O.lmm的流延膜片疊層形成，在基片上均勻開有 許多孔穴，以降低該層基片的等效介電常數(shù)。該層基片與第一層基片緊密無間隙重疊。
第三層LTCC基片為l張厚度為0.1mm的流延膜片，其上表面印刷了輻射貼片，貼片 大小使得輻射中心頻點比天線的中心頻率1.268GHz偏高15MHz左右。該層基片與第二層基片緊密無間隙重疊。
饋電針從天線底面的饋電孔中插入直徑約為0.8mm的饋電針，通過灌封銀漿和燒銀后 確保饋電針與第一層基片上的輻射貼片良好接觸。
決定天線性能的主要參數(shù)選擇及工藝說明
(1) LTCC材料及基片厚度選擇 一般來說，低介電常數(shù)及相對較厚的基板材料帶寬會 較寬。但基板厚度和介電常數(shù)也會影響到貼片之間的互耦。本優(yōu)選實施中采用介電常數(shù)為14 左右的Ferro公司ULF140型LTCC材料。第一、二層基片厚度均為lmm，分別采用10張流 延厚度為O.lmm的LTCC流延膜片疊層獲得。第三層基片厚度為O.lmm,采用1張流延厚度 為O.lmm的LTCC流延膜片。
(2) 貼片的長度和寬度本優(yōu)選實施中要實現(xiàn)圓極化，因此兩層貼片均為正方形且進行 了切角。第一層基片上輻射貼片尺寸為28.52mm。第三層基片上輻射貼片尺寸為31.35mm。
(3) 第二層基片上孔穴位置和大小可進行靈活調(diào)整，主要目的為降低該層基片的等效 介電常數(shù)并增強第一層和第三層基片上輻射貼片之間的耦合?？籽ǖ淖兓瘯绊懙降诙?LTCC基片等效介電常數(shù)的大小，進而也會影響到第三層基片上輻射貼片的尺寸。因此，第 三層基片上輻射尺寸的大小要結(jié)合第二層基片開孔穴的情況通過電磁仿真來確定。
(4) 工藝說明本LTCC疊層寬頻微帶貼片天線中的第一、二、三層基片，以及兩層輻 射貼片都是通過LTCC疊層、印刷、等靜壓和低溫共燒等工藝獲得，確保形成結(jié)合緊密、無 間隙的一個整體，且輻射貼片尺寸大小還要根據(jù)LTCC低溫共燒過程中的收縮率進行相應(yīng)調(diào) 整。在本優(yōu)選實施中，實際印刷的輻射貼片尺寸比設(shè)計尺寸大15%，經(jīng)低溫共燒后與設(shè)計尺 寸相當(dāng)。疊層天線反射底板上的銀電極及饋電針則等天線低溫共燒完成后，通過手工絲網(wǎng)印 刷的方式和灌注銀漿的方式來實現(xiàn)，并經(jīng)過燒銀工藝來固化。
如上所述，便可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
圖3為本優(yōu)選實施LTCC疊層微帶貼片天線的S參數(shù)仿真結(jié)果。該天線的最終剖面厚度 低于2.5mm,但其阻抗帶寬超過30MHz。相比采用常規(guī)方式設(shè)計的具有同等剖面厚度的微帶 貼片天線，帶寬可拓寬一倍以上。很好的兼顧了微帶貼片天線在低剖面和寬帶化方面的要求。
權(quán)利要求
1、一種LTCC疊層微帶貼片天線，包括第一層LTCC基片(6)該基片采用完全相同的多張LTCC流延陶瓷膜片疊片而成，厚度能夠精確控制；第一層LTCC基片(6)上開有一同軸饋電孔(5)；第一層LTCC基片(6)的下表面除以同軸饋電孔(5)和同軸饋電孔(5)中心為圓心的圓環(huán)狀陶瓷介質(zhì)外，其余地方都是作為反射底板(7)的銀電極；第一層LTCC基片(6)的上表面是正方形第一層輻射金屬貼片(4)，第一層輻射金屬貼片(4)的面積大小使得其輻射中心頻點略高于整個微帶貼片天線的中心工作頻率；第二層LTCC基片(3)該基片材質(zhì)與第一層LTCC基片(6)相同，但其上均勻開有許多孔穴，以降低第二層LTCC基片(3)的等效介電常數(shù)，并增強第一層LTCC基片(6)上的第一層輻射金屬貼片(4)與第三層LTCC基片(2)上的第二層輻射金屬貼片(1)之間的耦合；第二層LTCC基片(3)采取完全相同的多張打孔的LTCC流延膜片疊片而成，厚度能夠精確控制；第三層LTCC基片(2)該層基片材質(zhì)與前兩層LTCC基片相同，至少是一層LTCC流延陶瓷膜片；第三層LTCC基片(2)的上表面是正方形第二層輻射金屬貼片(1)，第二層輻射金屬貼片(1)的面積大小使得其輻射中心頻點略低于整個微帶貼片天線的中心工作頻率；同軸饋電針同軸饋電針從底部插入同軸饋電孔(5)，用銀漿灌封并燒銀以確保同軸饋電針與第一層LTCC基片(6)的上表面的第一層輻射貼片(4)良好接觸；且同軸饋電針與反射底板之間絕緣，其間有一圈未印刷銀的LTCC介質(zhì)加以隔離；所述第一、二和三層LTCC基片按照從下往上第一、二和三的順序緊密無間隙重疊，具體可通過LTCC疊層和等靜壓工藝后先形成一個整體，再經(jīng)低溫共燒后形成一個整體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶貼片天線，其特征在于，所述第一、二和三層 LTCC基片所采用LTCC陶瓷的相對介電常數(shù)范圍為2~50。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶貼片天線，其特征在于，第一層LTCC基片厚 度范圍為0.5mm 50mm，通過具用相同材質(zhì)LTCC流延膜片不斷層疊來獲得；第二層LTCC 基片厚度范圍為0.5mm 50mm，；可通過打孔的LTCC流延膜片不斷層疊來獲得；第三層 LTCC基片厚度范圍為0.02mm 0.1mm，至少需要一層LTCC流延膜片予以實現(xiàn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶貼片天線，其特征在于，所述銀電極和第一、 二層輻射金屬貼片均采用銀漿經(jīng)與陶瓷共燒或燒銀后形成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶貼片天線，其特征在于，所述第一、二層輻射 金屬貼片的面積大小由天線的頻率要求決定，并且根據(jù)天線是線極化或圓極化工作方式，貼 片可不切角或進行切角。
全文摘要
一種LTCC疊層微帶貼片天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)，特別涉及一種用于無線電接收的低剖面微帶貼片天線。包括三層LTCC基片第一層基片上開有同軸饋電孔，其上表面是第一輻射金屬貼片，下表面是反射底板；第二層基片上均勻開有氣孔；第三層基片的上表面是第二層輻射金屬貼片。還包括同軸饋電針，同軸饋電針從底部插入同軸饋電孔，與第一層基片第一層輻射貼片接觸，且與反射底板之間絕緣。所述第一、二和三層LTCC基片按照從下往上第一、二和三的順序通過LTCC疊層和等靜壓工藝后先形成一個整體，再經(jīng)低溫共燒后形成一個整體。本發(fā)明可以有效拓展微帶天線的帶寬；增強兩層輻射貼片之間的耦合；提高天線的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號H01Q1/38GK101510630SQ20091005873
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者唐曉莉, 張懷武, 徐全吉, 樺 蘇, 荊玉蘭, 鐘智勇 申請人:電子科技大學(xué)