專利名稱：一種ltcc疊層雙饋圓極化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，具體涉及一種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(diǎn)，在衛(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(shí)候，對(duì)微帶貼片 天線尤其強(qiáng)調(diào)其低剖面、寬頻帶和圓極化的性能要求。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(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。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。此外，在實(shí)現(xiàn)微帶貼片天線的圓極化 方面，目前主要都是采取在輻射貼片上進(jìn)行適當(dāng)切角的方式。這種方式雖然實(shí)現(xiàn)起來比較 方便，但天線的圓極化效果并不是太好，天線軸比參數(shù)較高，且對(duì)貼片切角的尺寸精度要求 很 。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)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、寬頻化以及低軸比的微帶貼片天線創(chuàng)造條件。

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、寬頻帶以及圓極化方面 的不足，提供一種基于LTCC技術(shù)的疊層雙饋圓極化微帶貼片天線，該天線不僅能夠更好地 兼顧了微帶貼片天線低剖面、寬頻帶以及圓極化的性能要求，同時(shí)還能方便地對(duì)天線頻帶 進(jìn)行適量的調(diào)節(jié)。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線，如圖1至圖5所示，包括下層介質(zhì)基板 1、中層介質(zhì)基板3、上層介質(zhì)基板5、Wilkins功分器12、90度相移微帶線14、上層輻射金屬 貼片7、下層幅射金屬貼片4和接地金屬層2。所述Wilkins功分器12和90度相移微帶線 14位于下層介質(zhì)基板1的下表面，接地金屬層2位于下層介質(zhì)基板1的上表面，下層輻射金 屬貼片4位于中層介質(zhì)基板3的上表面，上層幅射金屬貼片7位于上層介質(zhì)基板5的上表 上層輻射金屬貼片7、下層幅射金屬貼片4和接地金屬層2相互平行，三者的形狀 同為正方形、且對(duì)應(yīng)邊相互平行，三者的幾何中心同處于整個(gè)貼片天線的中心法線上并通 過一根穿過中層介質(zhì)基板3、下層幅射金屬貼片4和上層介質(zhì)基板5的金屬接地針11相互
3連接；上層輻射金屬貼片7的面積小于下層幅射金屬貼片4，下層幅射金屬貼片4的面積小 于接地金屬層2的面積；在上層輻射金屬貼片7的兩條邊上分別連接有一個(gè)矩形調(diào)頻電極貼片6，在下層 幅射金屬貼片4的分別平行于上層輻射金屬貼片7未連接矩形調(diào)頻電極貼片6的兩條邊的 兩條邊上分別連接有一個(gè)矩形調(diào)頻電極貼片10 ；上層介質(zhì)基板5上開有兩個(gè)矩型窗口，以 漏出與下層幅射金屬貼片4相連的兩個(gè)矩形調(diào)頻電極貼片10 ；所述Wilkins功分器12將通過饋電輸入端A輸入的射頻信號(hào)分成兩路功率相等 的輸出信號(hào)，其中一路輸出信號(hào)經(jīng)90度相移微帶線14移相90度后接饋電點(diǎn)B，另一路輸出 信號(hào)直接接饋電點(diǎn)C ；相移差為90度的兩個(gè)雙饋點(diǎn)B、C分別通過一根垂直穿過下層介質(zhì)基 板1、接地金屬層2、中層介質(zhì)基板3、下層幅射金屬貼片4和上層介質(zhì)基板5的金屬饋電針 連接到上層幅射金屬貼片7上；金屬饋電針在穿過接地金屬層2與下層幅射金屬貼片4時(shí)， 與接地金屬層2與下層幅射金屬貼片4相絕緣。所述下層介質(zhì)基板1、中層介質(zhì)基板3和上層介質(zhì)基板5采用LTCC流延陶瓷膜片 疊片而成，所述Wilkins功分器12和90度相移微帶線14、接地金屬層2、上層輻射金屬貼 片7和下層幅射金屬貼片4采用銀漿印刷于相應(yīng)介質(zhì)基板表面，整個(gè)LTCC疊層雙饋圓極化 微帶貼片天線經(jīng)流延、印刷、疊片、打孔、填銀、等靜壓和燒結(jié)工藝后形成。需要說明的是1、用于印刷Wilkins功分器12和90度相移微帶線14的微帶線的線寬應(yīng)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)，以確保功分器的兩段彎曲微帶線特征阻抗為75歐 姆，而其余微帶線特征阻抗為50歐姆。2、下層幅射金屬貼片4的面積大小應(yīng)使得該層輻射貼片對(duì)應(yīng)的諧振頻率點(diǎn)低于 整個(gè)LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線的中心頻率點(diǎn)；上層幅射金屬貼片7的面積大小應(yīng) 使得該層輻射貼片對(duì)應(yīng)的諧振頻率點(diǎn)高于整個(gè)LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線的中心 頻率點(diǎn)。3、下層幅射金屬貼片4和上層幅射金屬貼片7各自的兩個(gè)矩形調(diào)頻電極用于微調(diào) 所屬幅射金屬貼片的諧振頻率點(diǎn)。通過切割這兩塊矩形調(diào)頻電極的長(zhǎng)度或在上面開槽，可 在一定程度上調(diào)節(jié)該層輻射貼片的諧振中心頻率和輸入阻抗。4、上層介質(zhì)基板5上開有兩個(gè)矩型窗口，以漏出與下層幅射金屬貼片4相連的兩 個(gè)矩形調(diào)頻電極貼片10的目的是方便通過切割這兩塊矩形調(diào)頻電極的長(zhǎng)度或在上面開 槽，可在一定程度上調(diào)節(jié)下層幅射金屬貼片4諧振中心頻率和輸入阻抗。5、采用金屬接地針11將接地金屬層2、下層輻射金屬貼片4和上層輻射金屬貼片 7的幾何中心進(jìn)行連通，其目的在于1)確保下層輻射金屬貼片4及上層輻射金屬貼片7與 金屬接地針11的接觸點(diǎn)的電勢(shì)為零，這樣就可以相對(duì)獨(dú)立的調(diào)節(jié)下層或上層輻射金屬貼 片的諧振頻點(diǎn)；2)加上金屬接地針還有利于改善整個(gè)天線的增益。6、下層介質(zhì)基板1、中層介質(zhì)基板3和上層介質(zhì)基板5所采用LTCC陶瓷材料的相 對(duì)介電常數(shù)范圍在2 100之間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1)該天線結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是 通過LTCC印刷工藝，在微帶天線最底層通過印刷的功分器將單饋電轉(zhuǎn)換成為相差90度的 雙饋電，從而可產(chǎn)生很好的圓極化性能；2)采取兩個(gè)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，使其輻射帶寬相互疊加，從而有效拓展整個(gè)天線的帶寬； 3)通過在輻射金屬貼片兩側(cè)增加調(diào)頻電極，可方便的對(duì)上下兩層輻射金屬貼片的諧振頻率 和輸入阻抗進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)；4)通過LTCC的通孔和填銀技術(shù)實(shí)現(xiàn)金屬饋電針以及金屬接 地針的上下貫通。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，且剖 面厚度可控制在很小的范圍內(nèi)。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，此外，天 線的諧振頻率和帶寬也能比較方便的進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。


圖1是本發(fā)明LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)展開示意圖。圖2是本發(fā)明LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線頂面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線的下層輻射金屬貼片結(jié)構(gòu)示意 圖。圖4為本發(fā)明LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線的接地金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線底面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線工作頻率與反射損耗S11之間 的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和一種實(shí)施方式，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。如圖6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1.268GHz，為 BD-2型微帶接收貼片天線，本發(fā)明可在3mm的剖面厚度內(nèi)，實(shí)現(xiàn)阻抗帶寬超過40MHz的微帶 貼片天線，且天線的軸比可小于1.5。如1至圖5所示，本發(fā)明提供的一種LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線，包 括下層介質(zhì)基板1 該基板采用5張厚度為0. 1mm，介電常數(shù)為14的LTCC流延膜片 疊片而成?；逑卤砻娌捎勉y漿印刷有一個(gè)Wilkins功分器加90度相移微帶線；微帶線的 線寬經(jīng)過優(yōu)化確保功分器的兩段彎曲微帶線特征阻抗為75歐姆，而其余微帶線特征阻抗 為50歐姆。微帶線上的A點(diǎn)為外接同軸饋電點(diǎn)，B點(diǎn)和C點(diǎn)為相移差為90度的兩個(gè)雙饋 點(diǎn)，分別通過饋電電極垂直連接到上層輻射金屬貼片7上?；迳媳砻娌捎勉y漿印刷有接 地金屬層2中層介質(zhì)基板3 該基板采用12張厚度為0. 1mm，介電常數(shù)為14的LTCC流延膜片 疊片而成。其上表面正中印刷有正方形的下層輻射金屬貼片4，輻射貼片的面積大小應(yīng)使得 下層輻射金屬貼片4的諧振頻率點(diǎn)稍低于整個(gè)天線的中心頻率點(diǎn)，在此我們選擇的是比中 心頻率1. 268GHz低15MHz的頻率1. 253MHz作為諧振頻率點(diǎn)。同時(shí)，在下層輻射金屬貼片 4相鄰兩邊的中間位置各多印刷了一小塊矩形調(diào)頻電極10。在下層輻射貼片4上，天線兩 個(gè)金屬饋電針通過的地方同樣開有直徑為0. 5mm的通孔，并對(duì)通孔進(jìn)行了填銀處理，但在通孔周圍留有一小圈介質(zhì)未印刷銀漿，以確保兩個(gè)金屬饋電針與下層層輻射金屬貼片4相 絕緣。在下層輻射金屬貼片4的正中心開有一直徑為0. 5mm的通孔，該通孔也經(jīng)過填銀處 理。該通孔使得下層輻射金屬貼片4的正中心與接地金屬層之間通過金屬接地針11相連。上層介質(zhì)基板5 該基板采用12張厚度為0. 1mm，介電常數(shù)為14的LTCC流延膜片 疊片而成。其上表面正中印刷有一個(gè)正方形的上層輻射金屬貼片7。上層輻射金屬貼片7 面積的大小應(yīng)使得上層輻射金屬貼片7諧振頻率點(diǎn)稍高于整個(gè)天線的中心頻率點(diǎn)，在此我 們選擇的是比中心頻率1. 268GHz高15MHz的頻率1. 283MHz作為諧振頻率點(diǎn)。同時(shí)，在上 層輻射金屬貼片7相鄰兩邊的中間位置也各多印刷了一小塊矩形的調(diào)頻電極6，位置與下 層輻射金屬貼片4的調(diào)頻電極相對(duì)。在上層介質(zhì)基板上對(duì)應(yīng)于下層輻射金屬貼片4上調(diào)頻 電極10的正上方開有兩個(gè)矩形槽，以露出下層輻射金屬貼片的兩個(gè)矩形調(diào)頻電極。在上層 介質(zhì)基板5上天線兩個(gè)金屬饋電針通過的地方開有兩個(gè)直徑為0. 5mm的通孔，并對(duì)通孔進(jìn) 行了填銀處理，使得天線的兩根金屬饋電針能夠與上層輻射金屬貼片7相連。在上層介質(zhì) 基板5上，與中層介質(zhì)基板3上金屬接地針11所對(duì)應(yīng)的位置也開有一個(gè)直徑為0. 5mm的通 孔，并進(jìn)行了填銀處理，以實(shí)現(xiàn)通過金屬接地針11將上層輻射金屬貼片7、下層輻射金屬貼 片4以及接地金屬層2三者之間的連通。金屬饋電針該天線有兩根垂直的直徑為0. 5mm的金屬饋電針，通過LTCC技術(shù)中 的通孔和填銀處理實(shí)現(xiàn)上下貫通，這兩根金屬饋電針與上層輻射金屬貼片7和天線最底面 的B、C雙饋電點(diǎn)之間連通，而與接地金屬層2和下層輻射金屬貼片4之間都是絕緣的。金屬接地針11 該天線有一根垂直的直徑為0. 5mm的接地針電極，其通過LTCC技 術(shù)中的通孔和填銀處理實(shí)現(xiàn)上下貫通，金屬接地針11將上層輻射金屬貼片7、下層幅射金 屬貼片4和接地金屬層2的正中心相連。
權(quán)利要求
一種LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線，包括下層介質(zhì)基板(1)、中層介質(zhì)基板(3)、上層介質(zhì)基板(5)、Wilkins功分器(12)、90度相移微帶線(14)、上層輻射金屬貼片(7)、下層幅射金屬貼片(4)和接地金屬層(2)；所述Wilkins功分器(12)和90度相移微帶線(14)位于下層介質(zhì)基板(1)的下表面，接地金屬層(2)位于下層介質(zhì)基板(1)的上表面，下層輻射金屬貼片(4)位于中層介質(zhì)基板(3)的上表面，上層幅射金屬貼片(7)位于上層介質(zhì)基板(5)的上表面；上層輻射金屬貼片(7)、下層幅射金屬貼片(4)和接地金屬層(2)相互平行，三者的形狀同為正方形、且對(duì)應(yīng)邊相互平行，三者的幾何中心同處于整個(gè)貼片天線的中心法線上并通過一根穿過中層介質(zhì)基板(3)、下層幅射金屬貼片(4)和上層介質(zhì)基板(5)的金屬接地針(11)相互連接；上層輻射金屬貼片(7)的面積小于下層幅射金屬貼片(4)，下層幅射金屬貼片(4)的面積小于接地金屬層(2)的面積；其特征在于在上層輻射金屬貼片(7)的兩條邊上分別連接有一個(gè)矩形調(diào)頻電極貼片(6)，在下層幅射金屬貼片(4)的分別平行于上層輻射金屬貼片(7)未連接矩形調(diào)頻電極貼片(6)的兩條邊的兩條邊上分別連接有一個(gè)矩形調(diào)頻電極貼片(10)；上層介質(zhì)基板(5)上開有兩個(gè)矩型窗口，以漏出與下層幅射金屬貼片(4)相連的兩個(gè)矩形調(diào)頻電極貼片(10)；所述Wilkins功分器(12)將通過饋電輸入端A輸入的射頻信號(hào)分成兩路功率相等的輸出信號(hào)，其中一路輸出信號(hào)經(jīng)90度相移微帶線(14)移相90度后接饋電點(diǎn)B，另一路輸出信號(hào)直接接饋電點(diǎn)C；相移差為90度的兩個(gè)雙饋點(diǎn)B、C分別通過一根垂直穿過下層介質(zhì)基板(1)、接地金屬層(2)、中層介質(zhì)基板(3)、下層幅射金屬貼片(4)和上層介質(zhì)基板(5)的金屬饋電針連接到上層幅射金屬貼片(7)上；金屬饋電針在穿過接地金屬層(2)與下層幅射金屬貼片(4)時(shí)，與接地金屬層(2)與下層幅射金屬貼片(4)相絕緣；所述下層介質(zhì)基板(1)、中層介質(zhì)基板(3)和上層介質(zhì)基板(5)采用LTCC流延陶瓷膜片疊片而成，所述Wilkins功分器(12)和90度相移微帶線(14)、接地金屬層(2)、上層輻射金屬貼片(7)和下層幅射金屬貼片(4)采用銀漿印刷于相應(yīng)介質(zhì)基板表面，整個(gè)LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線經(jīng)流延、印刷、疊片、打孔、填銀、等靜壓和燒結(jié)工藝后形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線，其特征在于，下層幅射 金屬貼片(4)的面積大小應(yīng)使得該層輻射貼片對(duì)應(yīng)的諧振頻率點(diǎn)低于整個(gè)LTCC疊層雙饋 圓極化微帶貼片天線的中心頻率點(diǎn)；上層幅射金屬貼片(7)的面積大小應(yīng)使得該層輻射貼 片對(duì)應(yīng)的諧振頻率點(diǎn)高于整個(gè)LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線的中心頻率點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線，其特征在于，下層介質(zhì) 基板(1)、中層介質(zhì)基板(3)和上層介質(zhì)基板(5)所采用LTCC陶瓷材料的相對(duì)介電常數(shù)范 圍在2 100之間。
全文摘要
一種LTCC疊層雙饋圓極化微帶貼片天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低剖面微帶貼片天線。包括兩層輻射金屬貼片、一層接地金屬層和饋電層，該四層功能層由三層介質(zhì)LTCC陶瓷介質(zhì)基板相間隔，饋電層由Wilkins功分器和90度相移微帶線構(gòu)成。兩層輻射金屬貼片和接地金屬層的幾何中心采用金屬接地針互連，饋電層上90度相差的雙饋點(diǎn)通過金屬饋電針與上層輻射金屬貼片相連。兩層輻射金屬貼片各自的兩條邊上分別具有兩個(gè)矩形調(diào)頻電極。本發(fā)明不僅能夠更好地兼顧了微帶貼片天線低剖面、寬頻帶以及圓極化的性能要求，同時(shí)還能方便地對(duì)天線頻帶進(jìn)行適量的調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK101859927SQ201019087048
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者唐曉莉, 張懷武, 成軍平, 蘇樺, 荊玉蘭, 鐘智勇 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)