一种ltcc叠层高增益圆极化微带阵列天线的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于克服现有微带贴片天线在兼顾高增益、宽频带以及圆极化方面的不足，提供一种基于LTCC技术的叠层圆极化微带贴片天线，该天线包括上、下层辐射金属贴片天线阵列，上、下层介质基板，馈电网络、接地金属层和同轴接头探针，其特征在于，所述上、下层辐射金属贴片天线阵列形状、尺寸相同，每个天线阵列由四个小型天线阵列构成，每个小型天线阵列由四个子阵列构成，每个子阵列由四个辐射金属贴片构成，其中每个辐射金属贴片均为加切角的正方形、一组对边上开设矩形缝隙。该天线能够更好地兼顾微带贴片天线高增益、宽频带以及圆极化的性能要求，并且结构较简单。
【专利说明】—种LTCC叠层高增益圆极化微带阵列天线【技术领域】
[0001]本发明属于天线【技术领域】，具体涉及一种LTCC叠层高增益圆极化微带阵列天线。【背景技术】
[0002]微带贴片天线具有体积小、重量轻、剖面薄和易于与载体共形的优点，在近些年被广泛应用于雷达、导弹测控、武器引信、电子对抗、移动通信、遥感遥测等领域。在机载或弹载应用的时候，对微带贴片天线尤其强调其高增益、宽频带和圆极化的性能要求。但微带贴片天线频带很窄，当前常用途径包括增大基板厚度、降低基板介电常数、采取多层结构、附加阻抗匹配等。但这些方式都是以增大天线的厚度或面积为代价的，不利于微带贴片天线与载体的共形设计以及小型化的发展需求，使得天线结构复杂或者无法实现圆极化，空气层的存在也减小了天线本身的机械强度，对于圆极化阵列天线也往往无法兼顾圆极化和增益特性。
[0003]近年来LTCC (低温共烧陶瓷)技术的出现和发展为开发创新结构的微带贴片天线提供了强大的动力。LTCC技术多层化过程中采用了流延和通孔技术，除了方便于加工生产以外，还可提供比常规基板材料更好的层厚控制，得到嵌入元素值上更紧的公差，因而有望为开发新型的低剖面、宽频化以及低轴比的微带贴片天线创造条件。LTCC工艺的叠层优势改变了传统微带天线的设计模式，将LTCC工艺与微带天线的结合成为新的研究热点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有微带贴片天线在兼顾高增益、宽频带以及圆极化方面的不足，提供一种基于LTCC技术的叠层圆极化微带贴片天线，该天线能够更好地兼顾微带贴片天线高增益、宽频带以及圆极化的性能要求，并且结构较简单。
[0005]本发明技术方案为:
[0006]一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，包括上层辐射金属贴片天线阵列1、下层辐射金属贴片天线阵列2、上层介质基板3、下层介质基板4、馈电网络6、接地金属层7和同轴接头探针9，其中，接地金属层7位于下层介质基板4的下表面，下层辐射金属贴片天线阵列2与馈电网络6位于下层介质基板4的上表面，上层辐射金属贴片天线阵列I位于上层介质基板3的上表面，同轴接头探针9穿过下层介质基板4与馈电网络6相连、与接地金属层7相绝缘；其特征在于，所述上、下层辐射金属贴片天线阵列形状、尺寸相同，与接地金属层7相互平行设置，每个天线阵列由四个小型天线阵列构成，每个小型天线阵列由四个子阵列构成，每个子阵列由四个辐射金属贴片构成，其中每个辐射金属贴片均为加切角11的正方形、一组对边上开设矩形缝隙8。
[0007]进一步的， 所述上层介质基板3上开设有圆形窗口 5，以露出同轴接头探针9，用于焊接；所述接地金属层7开设有圆孔10，以穿过同轴接头探针9。
[0008]所述馈电网络6将下层辐射金属贴片天线阵列2与同轴接头探针9相连，馈电网络6的微带线在直角转弯处采用圆形扫掠弯头12连接、在尺寸跳变处采用渐变段过渡13，T型分支采用削角14。
[0009]更进一步的，所述馈电网络6微带线线宽由介质基板的介电常数大小和厚度确定，使得馈电网络6与同轴接头探针9连接段微带线的特征阻抗为50欧姆。
[0010]所述上、下层辐射金属贴片天线阵列中辐射金属贴片切角大小有介质基板的介电常数大小和厚度确定、使得天线阵列实现圆极化。
[0011]所述上、下层辐射金属贴片天线阵列中辐射金属贴片的尺寸由LTCC叠层圆极化微带阵列天线的中心频率点和带宽确定。
[0012]所述上、下层介质基板采用LTCC流延陶瓷膜片叠片而成，所采用LTCC陶瓷材料的相对介电常数在2?100之间。
[0013]所述馈电网络、接地金属层、上、下层辐射金属贴片天线阵列采用银浆印刷于相应介质基板表面，LTCC叠层圆极化微带阵列天线经流延、印刷、叠片、打孔、填银、等静压和烧结工艺后形成。
[0014]需要说明的是:本发明中上、下层辐射金属贴片天线阵列中辐射金属贴片的切角尺寸根据基板的介电常数大小和厚度进行适当调节，以确保天线轴比达到指标，实现圆极化；辐射金属贴片一组对边上的矩形缝隙的尺寸根据阵列天线带宽进行调节，在一定程度上起到拓展带宽的作用。
[0015]本发明优点和有益效果为:1)本发明提供的阵列天线结构的主要特点是通过LTCC印刷工艺，可以将多层微带天线结构紧密而精确地叠加在一起，有效提高天线的精度并缩小天线的尺寸；2)采用8X8天线阵列，有效的提高了天线增益；3)采取两层分别高于整个天线中心频率和低于整个天线中心频率的辐射金属贴片天线阵列，使其辐射带宽相互叠加，从而有效拓展整个天线的带宽；4)通过在辐射金属贴片增加切角，可很好的实现圆极化；5)通过在辐射金属贴片两边添加缝隙，有效拓展了天线的带宽；6)通过多种微带线不连续性补偿:微带线直角转弯处采用圆形扫掠弯头，微带线尺寸跳变处采用渐变段过渡，微带线T型分支采用削角，有效减小相位和振幅误差、避免输入域输出失配以及可能的寄生耦合。此外，该天线充分利用了 LTCC先进的叠层和层厚控制技术，保证了不同叠层之间的紧密无间隙结合，形成致密的一体化结构，提高了天线的稳定性和可靠性。本发明相对于常规基于有机介质或陶瓷基板的微带贴片天线，不仅可在相同尺寸限制下获得更宽的天线带宽，同时天线的圆极化性能更好，获得更高的增益。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明LTCC叠层圆极化微带阵列天线的结构展开示意图。
[0017]图2为本发明LTCC叠层圆极化微带阵列天线的顶面结构示意图。
[0018]图3为本发明LTCC叠层圆极化微带阵列天线的下层辐射金属贴片天线阵列结构示意图。
[0019]图4为本发明LTCC叠层圆极化微带阵列天线的接地金属层的结构示意图。
[0020]图5为本发明LTCC叠层圆极化微带阵列天线的下层辐射金属贴片天线子阵列结构示意图。
[0021]图6为本发明LTCC叠层圆极化微带阵列天线工作频率与反射损耗Sll之间的关系O[0022]图7为本发明LTCC叠层圆极化微带阵列天线在10.3GHz处增益与角度之间的关
系O
[0023]图8为本发明LTCC叠层圆极化微带阵列天线在10.3GHz处轴比与角度之间的关
系O
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0025]如图6、图7所示，本发明实施方式提供的微带贴片天线的中心频点为10.3GHz，为微带贴片收发公用天线，本发明可实现阻抗带宽超过560MHz的微带贴片天线，天线增益可达到22.1OdBi,且天线的轴比可达到1.77dB。
[0026]本实施例提供的一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，其结构如图1至图5所示，包括:
[0027]下层介质基板:该基板采用5张厚度为0.1mm，介电常数为5.9的LTCC流延膜片叠片而成，基板下表面采用银浆印刷接地金属层；基板上表面印刷下层辐射金属贴片天线阵列及馈电网络，下层辐射金属贴片天线阵列为8X8天线阵列，天线阵列由四个小型天线阵列构成，每个小型天线阵列由四个子阵列构成，每个子阵列由四个辐射金属贴片构成，每个福射金属贴片的长、宽均为4.8mm,切角长度为0.8mm,矩形缝隙长为Imm,宽为0.2mm ;馈电网络与同轴接头探针连接段微带线的特征阻抗为50欧姆；在下层介质基板上对应同轴接头探针位置开设圆形窗口，其直径1.3mm;在接地金属层对应同轴接头探针位置预留直径1.5mm的圆形不涂金属层，保证同轴接头探针与接地金属层相绝缘。
[0028]上层介质基板:该基板采用4张厚度为0.1mm，介电常数为5.9的LTCC流延膜片叠片而成，其上表面印刷上层辐射金属贴片天线阵列，其天线阵列排列形状、尺寸与下层辐射金属贴片天线阵列对应相同；在上层介质基板上对应于同轴接头探针位置打孔，孔面积比下层介质基板的孔大，直径2.5mm,以露出下层介质基板同轴接头探针，方便焊接，以实现下层辐射金属贴片天线阵列通过同轴接头探针经馈电网络和同轴接头连通。
【权利要求】
1.一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，包括上层辐射金属贴片天线阵列(I)、下层辐射金属贴片天线阵列(2)、上层介质基板(3)、下层介质基板(4)、馈电网络(6)、接地金属层(7)和同轴接头探针(9)，其中，接地金属层(7)位于下层介质基板(4)的下表面，下层辐射金属贴片天线阵列(2)与馈电网络(6)位于下层介质基板(4)的上表面，上层辐射金属贴片天线阵列(I)位于上层介质基板(3)的上表面，同轴接头探针(9)穿过下层介质基板(4)与馈电网络(6)相连、与接地金属层(7)相绝缘；其特征在于，所述上、下层辐射金属贴片天线阵列(1、2)形状、尺寸相同，与接地金属层(7)相互平行设置，每个天线阵列由四个小型天线阵列构成，每个小型天线阵列由四个子阵列构成，每个子阵列由四个辐射金属贴片构成，其中每个辐射金属贴片均为加切角(11)的正方形、一组对边上开设矩形缝隙(8)。
2.按权利要求1所述一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述上层介质基板(3)上开设有圆形窗口(5)，以露出同轴接头探针(9)，用于焊接；所述接地金属层(7)开设有圆孔(10)，以穿过同轴接头探针(9)，保证同轴接头探针与接地金属层相绝缘。
3.按权利要求1所述一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述馈电网络(6)将下层辐射金属贴片天线阵列(2)与同轴接头探针(9)相连，馈电网络(6)的微带线在直角转弯处采用圆形扫掠弯头(12)连接、在尺寸跳变处采用渐变段过渡(13)，T型分支采用削角(14)。
4.按权利要求1所述一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述馈电网络(6)微带线线宽由介质基板的介电常数大小和厚度确定，使得馈电网络(6)与同轴接头探针(9)连接段微带线的特征阻抗为50欧姆。
5.按权利要求1所述一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述上、下层辐射金属贴片天线阵列(1、2)中辐射金属贴片切角(11)大小由介质基板的介电常数大小和厚度确定，使得天线阵列实现圆极化。
6.按权利要求1所述一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述上、下层辐射金属贴片天线阵列(1、2)中辐射金属贴片的尺寸由LTCC叠层圆极化微带阵列天线的中心频率点和带宽确定。
7.按权利要求1所述一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述上、下层介质基板(3、4)采用LTCC流延陶瓷膜片叠片而成，所采用LTCC陶瓷材料的相对介电常数在2?100之间。
8.按权利要求1所述一种LTCC叠层圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述馈电网络(6)、接地金属层(7)、上、下层辐射金属贴片天线阵列(1、2)采用银浆印刷于相应介质基板表面，LTCC叠层圆极化微带阵列天线经流延、印刷、叠片、打孔、填银、等静压和烧结工艺后形成。
【文档编号】H01Q21/00GK103887614SQ201410115137
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】张怀武, 郝欣欣, 段耀铎 申请人:电子科技大学