專利名稱：具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于無線電發(fā)射/接收的微帶貼片陶瓷天線。
背景技術(shù)：
微帶貼片天線具有體積小，重量輕、剖面低，容易與載體共形，與集成電路的兼容性好， 容易實現(xiàn)雙頻段、雙極化工作等優(yōu)點，在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用都正方興未艾。但微帶貼片 天線也存在一些應(yīng)用上的缺陷，譬如增益較小。為了提升微帶貼片天線的增益，目前可行的 途徑主要有三種其一是增大天線基板厚度；其二是降低天線基板材料的介電常數(shù)；其三是 采用天線陣結(jié)構(gòu)。但是，這三種提升微帶天線增益的途徑都是以犧牲天線的體積和厚度為代 價的，與微帶貼片天線小型化和低剖面的發(fā)展趨勢相悖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶貼片陶瓷天線在兼顧高增益和小型化、低剖面方面的不 足，采取在貼片陶瓷天線四周側(cè)壁及上表面周圍印刷銀電極，通過類似加背腔的方式增大天 線反射底板的等效面積，從而在不增加天線厚度和體積的前提下，較顯著的提升微帶貼片陶 瓷天線的增益。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)
具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線，如圖2所示，包括陶瓷基板2、輻射貼片l、反射底 板4，以及由同軸頭內(nèi)電極3和同軸頭外電極5構(gòu)成的同軸連接器。輻射貼片l位于陶瓷基 板2的上表面中間位置，反射底板4位于陶瓷基板2的下表面。同軸連接器的同軸頭內(nèi)電極 3穿過陶瓷基板2中的同軸孔與輻射貼片1相連，同軸連接器的同軸頭外電極5與反射底板 相連。本發(fā)明提供的具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線還包括一個背腔電極，所述背腔電極 由附著在陶瓷基板2四周側(cè)壁表面的電極和附著在陶瓷基板2上表面四周邊緣的電極構(gòu)成； 整個背腔電極與反射底板4相連通，但與輻射貼片1之間絕緣間隔。
上述方案中，所述輻射貼片1、反射底板4和背腔電極材料均采用金屬銀。具體制備方 法可采用絲網(wǎng)印刷工藝印刷在陶瓷基板上。為降低電極的電阻率，還可以在輻射貼片1、反 射底板4和背腔電極表面噴金。為保護(hù)電極，防止氧化，還可以在整個天線表面噴一層絕緣 保護(hù)漆。需要說明的是背腔電極與輻射貼片1相互隔離的具體寬度可通過對天線性能的仿真來 優(yōu)化；陶瓷基板2由具有一定介電常數(shù)和較低介電損耗的微波介電陶瓷材料構(gòu)成，陶瓷基板 形狀可為長方體或正方體，厚度根據(jù)天線性能需要可靈活變化；輻射貼片1的形狀可以是長 方形、正方形、圓形或三角形等等，也可以是切角的長方形或正方形；下表面反射底板與同 軸連接器的同軸頭外電極5相連但應(yīng)與同軸頭連接器的同軸頭內(nèi)電極3項絕緣隔離。
同軸連接器的同軸頭內(nèi)電極3從天線基板底部的饋電孔插入，到達(dá)上表面輻射貼片位置， 用焊錫將同軸頭內(nèi)電極3與上表面輻射貼片焊接好，同時將同軸連接起的同軸頭外電極5與 天線反射底板4之間焊接好。
本發(fā)明中上表面輻射貼片的形狀、尺寸以及陶瓷基板上饋電孔的位置均需根據(jù)對貼片天 線性能的仿真優(yōu)化來確定，上表面輻射貼片與周圍印刷電極之間間隔的最佳距離也要通過對 天線性能的仿真優(yōu)化來確定。
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)明在常規(guī)微帶貼片陶瓷天線上 增加了一個背腔電極，且背腔電極與天線下表面的反射底板相連接，間接地增大了反射底板 的面積，使更多的電磁能量向上輻射，從而在不增大天線體積和剖面厚度的前提下，較顯著 的提升陶瓷貼片天線的增益。本發(fā)明可克服常規(guī)微帶貼片陶瓷天線在兼顧高增益和小型化、 低剖面方面的不足，從而兼具高增益和小型化、低剖面的優(yōu)點。


圖l是常規(guī)不具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線示意圖。其中，l是輻射貼片；2是介質(zhì) 基板；3是同軸頭內(nèi)電極；4是反射底板；5是同軸頭外電極。
圖2是本發(fā)明提供的具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線示意圖。其中，6是背腔電極中 陶瓷基板2上表面邊緣四周的電極；7是背腔電極中陶瓷基板2側(cè)壁四周的電極。
圖3是在同等材質(zhì)和尺寸參數(shù)設(shè)計的前提下，常規(guī)微帶貼片陶瓷天線(a)與本發(fā)明具有 背腔電極的微帶貼片陶瓷天線(b)的增益的仿真對比。
具體實施例方式
下面結(jié)合一個具體實施及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不 限于此。
本具體實施例微帶貼片天線的中心頻點為1.268GHz，為BD-2型圓極化微帶接收天線， 為了實現(xiàn)天線的小型化和低剖面，采用了 Ferro公司介電常數(shù)較高的ULF-140型微波介電陶瓷作為基板，其介電常數(shù)為14左右。天線的剖面厚度限定為1.5mm。主要結(jié)構(gòu)包括
陶瓷基板由于本具體實施方式
為圓極化微帶貼片天線，采用正方體陶瓷基板，厚度為
1.5mm，基板上同軸饋電孔的最佳位置通過仿真優(yōu)化確定。
輻射貼片在陶瓷基板上表面印刷一正方形并帶切角的銀電極，作為天線的輻射貼片。 輻射貼片邊長和切角尺寸都通過仿真優(yōu)化確定。并且保證印刷過程中，陶瓷基板上饋電孔處 于輻射貼片上的適當(dāng)位置處。
反射底板在陶瓷基板下表面除以同軸饋電孔中心為圓心，半徑約2.5mm的一圓圈介質(zhì) 外，其余地方都印刷銀電極，作為天線的反射底板。
陶瓷基板側(cè)壁四周及上表面邊緣周圍印刷背腔電極在陶瓷基板上表面邊緣四周印刷具 有一定寬度的銀電極，該部分電極與輻射貼片相隔離；在陶瓷基板的側(cè)壁四周印刷上銀電極， 該部分銀電極將天線的反射底板與整個背腔電極連接在一起。
同軸饋電將同軸頭內(nèi)電極從天線基板底部的饋電孔插入，使同軸頭內(nèi)電極穿過天線基
板到達(dá)上表面輻射貼片位置，用焊錫將饋電針與上表面輻射貼片焊接好，同時將同軸頭的外 電極與天線下表面反射電極焊接好。
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降低陶瓷基板介電常數(shù)和提高基板厚度能夠提高微帶
貼片天線的增益。但降低介電常數(shù)會增大天線面積，提高基板厚度會增大天線剖面高度和體
積。因此這兩種方式都不利于天線的小型化和低剖面發(fā)展。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，剖面厚度僅為1.5mm，由于基板材質(zhì)介電常數(shù)較高， 且厚度較薄，因此設(shè)計的常規(guī)陶瓷貼片天線增益較小，僅為1.5dB左右。
(2) 貼片的形狀和尺寸輻射貼片可采取矩形、圓形、橢圓型等不限，并可根據(jù)需要加 切角或開槽等。各種形狀的貼片都有其各自的性能優(yōu)劣，貼片的最佳幾何尺寸應(yīng)根據(jù)天線頻 點的要求通過仿真優(yōu)化來確定。
(3) 上表面輻射貼片與周圍印刷電極之間的間隔減小該間隔，可使天線等效的反射底 板面積增大，有助于提升天線增益。但間隔過小，會對天線的方向圖構(gòu)成一定的影響，同時 天線的中心頻點也會發(fā)生少量的偏移。因此，適宜的間隔應(yīng)通過建模仿真優(yōu)化來確定。
(4) 工藝說明本印刷背腔微帶貼片陶瓷天線的上表面輻射貼片，下表面反射底板、以
及背腔電極均采用印刷工藝印刷銀漿后燒銀固化而成。天線反射底板與背腔電極緊密接觸，形成一個連通的整體電極。
如上所述，便可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
圖3為本具體實施方案中未印刷背腔電極(a)以及印刷背腔電極后(b)貼片陶瓷天線 增益的對比?？梢?，由于本實施方案選用了具有較高介電常數(shù)和很薄的陶瓷基板，雖然有助 于縮小天線體積并降低剖面厚度，但采取常規(guī)方式設(shè)計的陶瓷貼片天線增益僅1.2dB左右， 而印刷反射背腔電極后，增益可提高到3dB左右，在不增大天線體積和剖面厚度的前提下， 較大程度的提升了天線的增益。
權(quán)利要求
1、具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線，包括陶瓷基板(2)、輻射貼片(1)、反射底板(4)，以及由同軸頭內(nèi)電極(3)和同軸頭外電極(5)構(gòu)成的同軸連接器；輻射貼片(1)位于陶瓷基板(2)的上表面中間位置，反射底板(4)位于陶瓷基板(2)的下表面；同軸連接器的同軸頭內(nèi)電極(3)穿過陶瓷基板(2)中的同軸孔與輻射貼片(1)相連，同軸連接器的同軸頭外電極(5)與反射底板相連；其特征在于，還包括一個背腔電極，所述背腔電極由附著在陶瓷基板(2)四周側(cè)壁表面的電極和附著在陶瓷基板(2)上表面四周邊緣的電極構(gòu)成；整個背腔電極與反射底板(4)相連通，但與輻射貼片(1)之間絕緣間隔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線，其特征在于，所述陶瓷基 板(2)的形狀為長方體或正方體；所述輻射貼片(1)的形狀是長方形、正方形、圓形或三 角形，或是切角的長方形或正方形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線，其特征在于，所述輻射貼 片(1)、反射底板(4)和背腔電極材料均采用金屬銀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線，其特征在于，所述金屬銀 采用絲網(wǎng)印刷工藝印刷在陶瓷基板上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線，其特征在于，所述輻射貼 片(1)、反射底板(4)和背腔電極表面噴有金。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或5所述的具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線，其特征在于， 整個天線表面噴有一層絕緣保護(hù)漆。
全文摘要
具有背腔電極的微帶貼片陶瓷天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及微帶貼片陶瓷天線。包括陶瓷基板(2)、輻射貼片(1)、反射底板(4)，以及同軸連接器；還包括一個背腔電極，所述背腔電極由附著在陶瓷基板(2)四周側(cè)壁表面的電極和附著在陶瓷基板(2)上表面四周邊緣的電極構(gòu)成；整個背腔電極與反射底板(4)相連通，但與輻射貼片(1)之間絕緣間隔。本發(fā)明通過增加與天反射底板相連的背腔電極，間接地增大了反射底板的面積，使更多的電磁能量向上輻射，從而在不增大天線體積和剖面厚度的前提下，較顯著的提升陶瓷貼片天線的增益。本發(fā)明可克服常規(guī)微帶貼片陶瓷天線在兼顧高增益和小型化、低剖面方面的不足，從而兼具高增益和小型化、低剖面的優(yōu)點。
文檔編號H01Q1/40GK101546864SQ20091005921
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者贊 任, 唐曉莉, 張懷武, 樺 蘇, 荊玉蘭, 鐘智勇 申請人:電子科技大學(xué)