基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线制造技术

一种基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，其包括：天线单元阵列，在多个低温共烧陶瓷层上实现，每个天线单元为L形探针激励的基片集成腔天线单元；第一馈电网络，其是在位于该天线单元阵列下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的基片集成波导馈电网络；以及第二馈电网络，其是在位于该基片集成波导馈电网络下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的脊缝隙波导馈电网络。本发明专利技术可以进一步提高天线单元的增益并且降低传输线的损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电信号处理设备，特别是与高频电信号的传输有关。
技术介绍
电子系统需要高集成度的W波段天线，LTCC（低温共烧陶瓷）技术由于具有多层布局能力，非常适用于天线的高密度集成。然而在W波段，LTCC材料的高介电常数会激专利技术显的表面波，使得天线增益与带宽降低。而且，当工作频率达到W波段后，传统传输线（如微带、共面波导等）有较大的损耗，并且线路之间隔离度不高，使用这类传输线进行馈电会降低天线性能。为了提升增益，有人提出了一种SIC（SubstrateIntegratedCavity，基片集成腔）天线，具有高增益特性，且抑制了表面波，是提高天线阵增益的合适选择，但使用了基片集成波导小孔激励。另外，为了降低传输线损耗，有人提出了基于SIW（也称LWG）的传输线技术，这类传输线有较低损耗和高隔离度。但是，随着电子系统对天线性能的要求越来越高，实有必要进一步进行改进。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，可以进一步提高天线单元的增益并且降低传输线的损耗。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，其包括：天线单元阵列，在多个低温共烧陶瓷层上实现，每个天线单元为L形探针激励的基片集成腔天线单元；第一馈电网络，其是在位于该天线单元阵列下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的SIW（基片集成波导，也称LWG）馈电网络；以及第二馈电网络，其是在位于该基片介质波导馈电网络下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的LRGWG（LTCC-basedRidgeGapWaveguide，脊缝隙波导）馈电网络。在一些实施例中，该L形探针激励的基片集成腔天线单元具有横截面为矩形的腔体和设置在该腔体中央的L形探针；其中，该L形探针具有由穿越多个低温共烧陶瓷层的孔形成的针基和位于该针基的顶部且延伸方向与该腔体的长度平行的带。在一些实施例中，该L形探针的带的长度与增益相关；该L形探针的带的宽度与阻抗匹配相关；该腔体的宽度决定辐射频率；该腔体的长度与阻抗匹配相关。在一些实施例中，该脊缝隙波导馈电网络是在上下覆盖金属面的至少一空气层和位于该至少一空气层下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的，该脊缝隙波导馈电网络包括脊缝隙波导传输线。在一些实施例中，该脊缝隙波导传输线具有分布在所述多个低温共烧陶瓷层的多个条带和穿越所述多个低温共烧陶瓷层将这些条带连通的多个孔。在一些实施例中，该脊缝隙波导馈电网络还包括位于该脊缝隙波导传输线两侧的蘑菇形针，该蘑菇形针具有穿越所述多个低温共烧陶瓷层的孔组成的针基和位于该针基顶部的片。在一些实施例中，该脊缝隙波导馈电网络是在五层低温共烧陶瓷上实现的，其中位于最上面的两层为空气层，该空气层通过在低温共烧陶瓷的最上面两层的部分区域加工空腔实现。在一些实施例中，还包括覆盖在该脊缝隙波导馈电网络底部的金属板，该金属板的馈电口设有矩形波导用于信号输入。在一些实施例中，该天线单元阵列是在四层低温共烧陶瓷上实现的；。在一些实施例中，该天线单元阵列包括8×8个L形探针激励的基片集成腔天线单元。与现有技术相比，本专利技术的基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，通过采用L型探针激励的基片集成腔天线单元可以进一步提高天线单元的增益，并且，通过采用基片集成波导馈电网络和脊缝隙波导馈电网络相结合的方式，可以降低传输线的损耗。附图说明图1是本专利技术的阵列天线的立体分解结构示意。图2是本专利技术的阵列天线的功率增益性能曲线，其中，横轴为频率，单位为GHz，纵轴为功率增益，单位为dBi。图3是本专利技术的阵列天线的回波损耗性能曲线，其中，横轴为频率，单位为GHz，纵轴为回波损耗，单位为dB，实线所示为仿真值，虚线所示为实测值。图4为本专利技术的L型探针激励的基片集成腔天线单元的立体结构示意。图5为本专利技术的L型探针激励的基片集成腔天线单元的侧视剖面结构示意。图6是本专利技术的L型探针激励的基片集成腔天线单元的功率增益性能曲线和回波损耗性能曲线，其中，横轴为频率，单位为GHz，纵轴为功率增益，单位为dBi，或者，纵轴为回波损耗，单位为dB。图7为本专利技术的LRGWG传输线的立体结构示意。图8为本专利技术的LRGWG传输线的侧视剖面结构示意。图9为本专利技术的采用LRGWG传输线的功分器的立体结构示意。图10为图9中功分器的局部放大的主视结构示意。图11为图10所示功分器的回波损耗性能曲线和分配损耗性能曲线，其中，横轴为频率，单位为GHz，纵轴为回波损耗或分配损耗，单位为dB。其中，附图标记说明如下：1天线单元阵列；2LWG馈电网络；3LRGWG馈电网络；4金属板；11基片12腔13L探针；121腔的长度122腔的宽度125孔126带；131针基132带1321带的长度1322带的宽度；31金属脊32蘑菇形针；311带312孔；321针基322帽；37第一端口138第二端口39第三端口；41矩形波导；w4输入阻抗变换线宽；l5输入阻抗变换线长；l7不连续性补偿切口宽度；l8不连续性补偿切口深度；l9不连续性补偿切口至蘑菇形针距离；r内倒角半径。具体实施方式为了详细说明本专利技术的构造及特点所在，兹举以下较佳实施例并配合附图说明如下。参见图1至图3，图1是本专利技术的阵列天线的立体分解结构示意。图2是本专利技术的阵列天线的功率增益性能曲线，其中，横轴为频率，单位为GHz，纵轴为功率增益，单位为dBi。图3是本专利技术的阵列天线的回波损耗性能曲线，其中，横轴为频率，单位为GHz，纵轴为回波损耗，单位为dB，实线所示为仿真值，虚线所示为实测值。本专利技术提出一种基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，其包括：天线单元阵列，其是在多个低温共烧陶瓷层上实现，每个天线单元1为L形探针13激励的基片集成腔天线单元1；第一馈电网络，其是在位于该天线单元1阵列下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的SIW馈电网络2；第二馈电网络，其是在位于该SIW馈电网络下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的LRGWG馈电网络3，该LRGWG馈电网络3具有LRGWG传输线31；以及覆盖在该LRGWG馈电网络3底部的金属板4，该金属板4的馈电口设有矩形波导41用于信号输入。本专利技术通过采用L形探针13激励可以提高天线单元1的增益、天线单元1间的隔离度并降低馈电网络的损耗。在本实施例中，该天线单元阵列包括8×8个L形探针激励的基片集成腔天线单元1。该天线单元阵列是在四层低温共烧陶瓷（第一层-第四层）上实现的。该SIW馈电网络2是在四层低温共烧陶瓷（第五层-第八层）上实现的。该LRGWG馈电网络3是在五层低温共烧陶瓷（第九层-第十三层）上实现的，其中位于最上面的两层为空气层，最下面的两层的部分区域为空腔，用以形成LRGWG结构。图2和图3给出了该天线单元阵列在W波段的增益曲线和回波损耗。结合参见图4至图6，图4为本专利技术的L型探针激励的基片集成腔天线单元的立体结构示意。图5为本专利技术的L型探针激励的基片集成腔天线单元的侧视剖面结构示意。图6是本专利技术的L型探针激励的基片集成腔天线单元的功率增益性能曲线和回波损耗性能曲线，其中，横轴为频率，单位为GHz，纵轴为功率增益，单位为dBi，或者，纵轴为回波损耗，单位为dB。本专利技术的L形探针激励的基片集成腔天线单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，其特征在于，包括：天线单元阵列，在多个低温共烧陶瓷层上实现，每个天线单元为L形探针激励的基片集成腔天线单元；第一馈电网络，其是在位于该天线单元阵列下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的基片集成波导馈电网络；以及第二馈电网络，其是在位于该基片集成波导馈电网络下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的脊缝隙波导馈电网络。

【技术特征摘要】
1.一种基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，其特征在于，包括：天线单元阵列，在多个低温共烧陶瓷层上实现，每个天线单元为L形探针激励的基片集成腔天线单元；第一馈电网络，其是在位于该天线单元阵列下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的基片集成波导馈电网络；以及第二馈电网络，其是在位于该基片集成波导馈电网络下面的多个低温共烧陶瓷层上实现的脊缝隙波导馈电网络。2.根据权利要求1所述的基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，其特征在于：该L形探针激励的基片集成腔天线单元具有横截面为矩形的腔体和设置在该腔体中央的L形探针；其中，该L形探针具有由穿越多个低温共烧陶瓷层的孔形成的针基和位于该针基的顶部且延伸方向与该腔体的长度平行的带。3.根据权利要求2所述的基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，其特征在于：该L形探针的带的长度与增益相关；该L形探针的带的宽度与阻抗匹配相关；该腔体的宽度决定辐射频率；该腔体的长度与阻抗匹配相关。4.根据权利要求1至3任一项所述的基于低温共烧陶瓷的高增益毫米波阵列天线，其特征在于：该脊缝隙波导馈电网络是在上下覆盖金属面的与该基片介质波导馈电网络相邻的至少一空气层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：操宝林，王昊，黄勇，
申请(专利权)人：苏州博海创业微系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32