一種ltcc疊層高增益圓極化微帶陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶貼片天線在兼顧高增益、寬頻帶以及圓極化方面的不足，提供一種基于LTCC技術(shù)的疊層圓極化微帶貼片天線，該天線包括上、下層輻射金屬貼片天線陣列，上、下層介質(zhì)基板，饋電網(wǎng)絡(luò)、接地金屬層和同軸接頭探針，其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列形狀、尺寸相同，每個天線陣列由四個小型天線陣列構(gòu)成，每個小型天線陣列由四個子陣列構(gòu)成，每個子陣列由四個輻射金屬貼片構(gòu)成，其中每個輻射金屬貼片均為加切角的正方形、一組對邊上開設(shè)矩形縫隙。該天線能夠更好地兼顧微帶貼片天線高增益、寬頻帶以及圓極化的性能要求，并且結(jié)構(gòu)較簡單。
【專利說明】—種LTCC疊層高增益圓極化微帶陣列天線【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疊層高增益圓極化微帶陣列天線。【背景技術(shù)】
[0002]微帶貼片天線具有體積小、重量輕、剖面薄和易于與載體共形的優(yōu)點，在近些年被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、導(dǎo)彈測控、武器引信、電子對抗、移動通信、遙感遙測等領(lǐng)域。在機(jī)載或彈載應(yīng)用的時候，對微帶貼片天線尤其強(qiáng)調(diào)其高增益、寬頻帶和圓極化的性能要求。但微帶貼片天線頻帶很窄，當(dāng)前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)計以及小型化的發(fā)展需求，使得天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者無法實現(xiàn)圓極化，空氣層的存在也減小了天線本身的機(jī)械強(qiáng)度，對于圓極化陣列天線也往往無法兼顧圓極化和增益特性。
[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)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。LTCC工藝的疊層優(yōu)勢改變了傳統(tǒng)微帶天線的設(shè)計模式，將LTCC工藝與微帶天線的結(jié)合成為新的研究熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶貼片天線在兼顧高增益、寬頻帶以及圓極化方面的不足，提供一種基于LTCC技術(shù)的疊層圓極化微帶貼片天線，該天線能夠更好地兼顧微帶貼片天線高增益、寬頻帶以及圓極化的性能要求，并且結(jié)構(gòu)較簡單。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案為:
[0006]一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，包括上層輻射金屬貼片天線陣列1、下層輻射金屬貼片天線陣列2、上層介質(zhì)基板3、下層介質(zhì)基板4、饋電網(wǎng)絡(luò)6、接地金屬層7和同軸接頭探針9，其中，接地金屬層7位于下層介質(zhì)基板4的下表面，下層輻射金屬貼片天線陣列2與饋電網(wǎng)絡(luò)6位于下層介質(zhì)基板4的上表面，上層輻射金屬貼片天線陣列I位于上層介質(zhì)基板3的上表面，同軸接頭探針9穿過下層介質(zhì)基板4與饋電網(wǎng)絡(luò)6相連、與接地金屬層7相絕緣；其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列形狀、尺寸相同，與接地金屬層7相互平行設(shè)置，每個天線陣列由四個小型天線陣列構(gòu)成，每個小型天線陣列由四個子陣列構(gòu)成，每個子陣列由四個輻射金屬貼片構(gòu)成，其中每個輻射金屬貼片均為加切角11的正方形、一組對邊上開設(shè)矩形縫隙8。
[0007]進(jìn)一步的， 所述上層介質(zhì)基板3上開設(shè)有圓形窗口 5，以露出同軸接頭探針9，用于焊接；所述接地金屬層7開設(shè)有圓孔10，以穿過同軸接頭探針9。
[0008]所述饋電網(wǎng)絡(luò)6將下層輻射金屬貼片天線陣列2與同軸接頭探針9相連，饋電網(wǎng)絡(luò)6的微帶線在直角轉(zhuǎn)彎處采用圓形掃掠彎頭12連接、在尺寸跳變處采用漸變段過渡13，T型分支采用削角14。
[0009]更進(jìn)一步的，所述饋電網(wǎng)絡(luò)6微帶線線寬由介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小和厚度確定，使得饋電網(wǎng)絡(luò)6與同軸接頭探針9連接段微帶線的特征阻抗為50歐姆。
[0010]所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列中輻射金屬貼片切角大小有介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小和厚度確定、使得天線陣列實現(xiàn)圓極化。
[0011]所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列中輻射金屬貼片的尺寸由LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的中心頻率點和帶寬確定。
[0012]所述上、下層介質(zhì)基板采用LTCC流延陶瓷膜片疊片而成，所采用LTCC陶瓷材料的相對介電常數(shù)在2?100之間。
[0013]所述饋電網(wǎng)絡(luò)、接地金屬層、上、下層輻射金屬貼片天線陣列采用銀漿印刷于相應(yīng)介質(zhì)基板表面，LTCC疊層圓極化微帶陣列天線經(jīng)流延、印刷、疊片、打孔、填銀、等靜壓和燒結(jié)工藝后形成。
[0014]需要說明的是:本發(fā)明中上、下層輻射金屬貼片天線陣列中輻射金屬貼片的切角尺寸根據(jù)基板的介電常數(shù)大小和厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，以確保天線軸比達(dá)到指標(biāo)，實現(xiàn)圓極化；輻射金屬貼片一組對邊上的矩形縫隙的尺寸根據(jù)陣列天線帶寬進(jìn)行調(diào)節(jié)，在一定程度上起到拓展帶寬的作用。
[0015]本發(fā)明優(yōu)點和有益效果為:1)本發(fā)明提供的陣列天線結(jié)構(gòu)的主要特點是通過LTCC印刷工藝，可以將多層微帶天線結(jié)構(gòu)緊密而精確地疊加在一起，有效提高天線的精度并縮小天線的尺寸；2)采用8X8天線陣列，有效的提高了天線增益；3)采取兩層分別高于整個天線中心頻率和低于整個天線中心頻率的輻射金屬貼片天線陣列，使其輻射帶寬相互疊加，從而有效拓展整個天線的帶寬；4)通過在輻射金屬貼片增加切角，可很好的實現(xiàn)圓極化；5)通過在輻射金屬貼片兩邊添加縫隙，有效拓展了天線的帶寬；6)通過多種微帶線不連續(xù)性補(bǔ)償:微帶線直角轉(zhuǎn)彎處采用圓形掃掠彎頭，微帶線尺寸跳變處采用漸變段過渡，微帶線T型分支采用削角，有效減小相位和振幅誤差、避免輸入域輸出失配以及可能的寄生耦合。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。本發(fā)明相對于常規(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，同時天線的圓極化性能更好，獲得更高的增益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的結(jié)構(gòu)展開示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的頂面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的下層輻射金屬貼片天線陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的接地金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的下層輻射金屬貼片天線子陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線工作頻率與反射損耗Sll之間的關(guān)系O[0022]圖7為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線在10.3GHz處增益與角度之間的關(guān)
系O
[0023]圖8為本發(fā)明LTCC疊層圓極化微帶陣列天線在10.3GHz處軸比與角度之間的關(guān)
系O
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(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。
[0025]如圖6、圖7所示，本發(fā)明實施方式提供的微帶貼片天線的中心頻點為10.3GHz，為微帶貼片收發(fā)公用天線，本發(fā)明可實現(xiàn)阻抗帶寬超過560MHz的微帶貼片天線，天線增益可達(dá)到22.1OdBi,且天線的軸比可達(dá)到1.77dB。
[0026]本實施例提供的一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖5所示，包括:
[0027]下層介質(zhì)基板:該基板采用5張厚度為0.1mm，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接地金屬層；基板上表面印刷下層輻射金屬貼片天線陣列及饋電網(wǎng)絡(luò)，下層輻射金屬貼片天線陣列為8X8天線陣列，天線陣列由四個小型天線陣列構(gòu)成，每個小型天線陣列由四個子陣列構(gòu)成，每個子陣列由四個輻射金屬貼片構(gòu)成，每個福射金屬貼片的長、寬均為4.8mm,切角長度為0.8mm,矩形縫隙長為Imm,寬為0.2mm ;饋電網(wǎng)絡(luò)與同軸接頭探針連接段微帶線的特征阻抗為50歐姆；在下層介質(zhì)基板上對應(yīng)同軸接頭探針位置開設(shè)圓形窗口，其直徑1.3mm;在接地金屬層對應(yīng)同軸接頭探針位置預(yù)留直徑1.5mm的圓形不涂金屬層，保證同軸接頭探針與接地金屬層相絕緣。
[0028]上層介質(zhì)基板:該基板采用4張厚度為0.1mm，介電常數(shù)為5.9的LTCC流延膜片疊片而成，其上表面印刷上層輻射金屬貼片天線陣列，其天線陣列排列形狀、尺寸與下層輻射金屬貼片天線陣列對應(yīng)相同；在上層介質(zhì)基板上對應(yīng)于同軸接頭探針位置打孔，孔面積比下層介質(zhì)基板的孔大，直徑2.5mm,以露出下層介質(zhì)基板同軸接頭探針，方便焊接，以實現(xiàn)下層輻射金屬貼片天線陣列通過同軸接頭探針經(jīng)饋電網(wǎng)絡(luò)和同軸接頭連通。
【權(quán)利要求】
1.一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，包括上層輻射金屬貼片天線陣列(I)、下層輻射金屬貼片天線陣列(2)、上層介質(zhì)基板(3)、下層介質(zhì)基板(4)、饋電網(wǎng)絡(luò)(6)、接地金屬層(7)和同軸接頭探針(9)，其中，接地金屬層(7)位于下層介質(zhì)基板(4)的下表面，下層輻射金屬貼片天線陣列(2)與饋電網(wǎng)絡(luò)(6)位于下層介質(zhì)基板(4)的上表面，上層輻射金屬貼片天線陣列(I)位于上層介質(zhì)基板(3)的上表面，同軸接頭探針(9)穿過下層介質(zhì)基板(4)與饋電網(wǎng)絡(luò)(6)相連、與接地金屬層(7)相絕緣；其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列(1、2)形狀、尺寸相同，與接地金屬層(7)相互平行設(shè)置，每個天線陣列由四個小型天線陣列構(gòu)成，每個小型天線陣列由四個子陣列構(gòu)成，每個子陣列由四個輻射金屬貼片構(gòu)成，其中每個輻射金屬貼片均為加切角(11)的正方形、一組對邊上開設(shè)矩形縫隙(8)。
2.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述上層介質(zhì)基板(3)上開設(shè)有圓形窗口(5)，以露出同軸接頭探針(9)，用于焊接；所述接地金屬層(7)開設(shè)有圓孔(10)，以穿過同軸接頭探針(9)，保證同軸接頭探針與接地金屬層相絕緣。
3.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)(6)將下層輻射金屬貼片天線陣列(2)與同軸接頭探針(9)相連，饋電網(wǎng)絡(luò)(6)的微帶線在直角轉(zhuǎn)彎處采用圓形掃掠彎頭(12)連接、在尺寸跳變處采用漸變段過渡(13)，T型分支采用削角(14)。
4.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)(6)微帶線線寬由介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小和厚度確定，使得饋電網(wǎng)絡(luò)(6)與同軸接頭探針(9)連接段微帶線的特征阻抗為50歐姆。
5.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列(1、2)中輻射金屬貼片切角(11)大小由介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小和厚度確定，使得天線陣列實現(xiàn)圓極化。
6.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述上、下層輻射金屬貼片天線陣列(1、2)中輻射金屬貼片的尺寸由LTCC疊層圓極化微帶陣列天線的中心頻率點和帶寬確定。
7.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述上、下層介質(zhì)基板(3、4)采用LTCC流延陶瓷膜片疊片而成，所采用LTCC陶瓷材料的相對介電常數(shù)在2?100之間。
8.按權(quán)利要求1所述一種LTCC疊層圓極化微帶陣列天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)(6)、接地金屬層(7)、上、下層輻射金屬貼片天線陣列(1、2)采用銀漿印刷于相應(yīng)介質(zhì)基板表面，LTCC疊層圓極化微帶陣列天線經(jīng)流延、印刷、疊片、打孔、填銀、等靜壓和燒結(jié)工藝后形成。
【文檔編號】H01Q21/00GK103887614SQ201410115137
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】張懷武, 郝欣欣, 段耀鐸 申請人:電子科技大學(xué)