一种基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线制造技术

本发明专利技术属于天线技术领域，提供一种基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线，用于克服现有圆极化微带贴片阵列天线在兼顾其低剖面、圆极化、高增益以及宽频带方面的不足。该天线包括从下往上依次层叠的接地金属层、下层介质基板、下层金属贴片天线、上层介质基板、上层金属贴片天线，下层金属贴片天线由呈阵列排布的下层金属贴片单元构成，所述上层金属贴片天线由与下层金属贴片单元对应设置的上层金属贴片子阵构成，每个上层金属贴片子阵与其对应的下层金属贴片单元中心重合、共同构成一个基因组单元。本发明专利技术能够在相同阵元数目限制下尺寸更小、增益更高、圆极化性能更好，而且频率带宽也更宽，并且结构简单易于加工。

A compact conformal array antenna based on LTCC Technology

The invention belongs to the technical field of the antenna, a unit based on genome LTCC technology compact conformal array antenna, to overcome the existing circular polarization microstrip patch array antenna in consideration of its low profile, circular polarization, high gain and broadband aspects. The antenna comprises a bottom-up sequentially stacked grounding metal layer, the dielectric substrate and the lower metal patch antenna, the upper substrate, the upper metal patch antenna, the lower metal patch antenna unit is composed of the lower metal patch array structure, the upper metal patch antenna is corresponding with the underlying metal patch set the upper metal film paste array, lower metal patch center of each of the upper metal patch subarrays corresponding overlap, together constitute a genomic unit. The invention has the advantages of small size, high gain, good circular polarization performance, and wide frequency bandwidth, and has the advantages of simple structure and easy processing.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
，具体涉及一种新型LTCC基因组单元紧凑共形阵列天线。
技术介绍
随着现代信息技术和新军事革命的蓬勃发展，未来战争将向着陆、海、空、天、电五维一体发展。雷达作为电磁波探测设备，在未来战场上发挥的作用必将越来越重要。阵列天线作为雷达系统发射和接收电磁波的部件，其性能的好坏，直接影响着雷达探测结果的准确性，所以对于雷达系统，阵列天线的设计显得尤为重要。阵列天线有着多种多样的形式，而微带天线相较于其他微波天线有着明显的优势：体积小、重量轻，低剖面、易与载体共形，最大辐射方向与极化形式易于控制，易与有源/无源器件集成等。以微带单元组成的阵列天线，体积小、集成度高，并且可以实现提高增益、增强方向性、提高辐射效率、降低副瓣、形成赋形波束和多波束等特性；圆极化微带贴片阵列天线不仅具有以上天线的优点，还能接收和发射全向电磁波，应用更广泛。在实现微带贴片天线圆极化方面，目前常见的有采用多馈电和进行贴片切角的方法，但前者增加了天线结构的复杂度，使天线的增益降低，后者对贴片切角的尺寸精度要求较高。圆极化微带贴片阵列天线兼顾其低剖面、圆极化、高增益、宽频带的矛盾始终未得到很好的解决。LTCC(低温共烧陶瓷技术)作为一种多层陶瓷技术，其多层化过程中采用了流延和通孔技术，使得加工方便，并且可提供比常规基板材料更好的层厚控制，将微带天线的结构由传统的一维扩充到三维，改变了传统微带天线的设计模式，对于提高雷达天线系统集成度可发挥巨大作用；同时，LTCC材料的介电常数可在2～20000之间变化，能适应于不同的工作频率。因此，LTCC技术与微带天线结合已成为新的研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有圆极化微带贴片阵列天线在兼顾其低剖面、圆极化、高增益以及宽频带方面的不足，提供一种基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线，该天线不仅能够更好地兼顾了微带贴片天线低剖面、小尺寸、圆极化、高增益的性能要求，同时还大大提高了天线的频带带宽，且各方面综合性能易于调节，简单方便。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线，包括从下往上依次层叠的接地金属层、下层介质基板、下层金属贴片天线、上层介质基板、上层金属贴片天线，所述接地金属层上设置馈电端口，下层金属贴片天线采用馈电网络馈电，所述馈电网络通过穿过下层介质基板的金属同轴探针连接馈电端口，所述上层介质基板上对应于金属同轴探针开设通孔；其特征在于，所述下层金属贴片天线由若干个呈阵列排布的下层金属贴片单元构成，每个下层金属贴片单元均为对角加切角的矩形金属贴片、且在切角处均开设有矩形凹槽，同时下层金属贴片单元除馈电一边的其他三边还开设有矩形缝隙；所述上层金属贴片天线由与下层金属贴片单元对应设置的上层金属贴片子阵构成，每个上层金属贴片子阵与其对应的下层金属贴片单元中心重合、共同构成一个基因组单元，所述上层金属贴片子阵由呈2×2阵列排布的4个上层金属贴片单元构成，每个上层金属贴片单元同样采用对角加切角的矩形金属贴片、且在切角处均开设有矩形凹槽，同时上层金属贴片单元四边均开设矩形缝隙。进一步的，所述每个上层金属贴片子阵中的4个上层金属贴片单元两两之间边缘间距为0.1～0.13个中心频率处的真空波长。所述每个上层金属贴片子阵中的4个上层金属贴片单元及其对应的下层金属贴片单元上开设的矩形缝隙尺寸相同。所述馈电网络与下层金属贴片天线相连，馈电网络采用四分之一波长变换段与同轴金属探针连接，采用四分之一波长变换段与下层金属贴片单元相连接，在转角处均采用四分之一圆环即扫略弯头连接，在宽度不同的带状线连接处采削角阶梯连接。所述馈电网络、上层金属贴片天线、下层金属贴片天线及金属接地层均采用银浆印刷于相应介质基板表面；所述基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线经过流延、打孔、印刷、叠层、等静压、切割和烧结后成型。需要特别说明的是：1、本专利技术中，上层金属贴片子阵之间间距略大于二分之一波长，上层金属贴片子阵距离介质基板的对应边缘的距离要大于1/4中心频率处的真空波长。2、上层金属贴片单元和下层金属贴片单元的对角加切角处开矩形凹槽是控制天线圆极化的主要因素，调节每个阵元里金属辐射贴片单元尺寸和所开矩形凹槽的大小，保证单点馈电矩形贴片产生幅度相等的两个正交简并模形成90°的相位差；同时，下层金属贴片单元采用三边开非对称开设矩形缝隙，上层金属贴片单元采用每边对称开有矩形缝隙，形成微扰，各上层金属贴片单元及下层金属贴片单元尺寸各不相同，形成多种微扰和耦合模式，大大增加天线的频率带宽，且在保证中心频率不变的情况下大大减小金属辐射贴片的尺寸；并且由上层金属贴片子阵和下层金属贴片单元组成的基因组阵元可通过调节任一金属贴片单元的尺寸和形状来调节整个阵列天线的性能，实现基因组操作，从而实现可持续性发展。3、下层介质基板上的馈电网络的线宽要应根据基板的介电常数大小和厚度进行适当调节，以确保与同轴金属探针连接的1/4波长变换段的阻抗为50欧姆。4、下层介质基板和上层介质基板所采用LTCC陶瓷材料的相对介电常数范围为2～100。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1)该天线采用单馈电，结构简单、加工方便，利用加切角正方形金属贴片开矩形凹槽的形式实现圆极化，有效提升圆极化性能，并且圆极化性能调节简单方便；2)采用在上层金属贴片单元每边对称开设矩形缝隙、下层金属贴片单元除馈电边以外的三边非对称开设矩形缝隙的形式，利用非对称缝隙微扰法使天线的频率带宽得到大大提升，并且在相同中心频率的条件小，可减小金属贴片的尺寸，同时还使天线的轴比得到优化，带宽得到一定程度的展宽；3)一个基因组单元中金属贴片单元尺寸各不相同，大大扩展天线带宽，且通过调节任一单元的尺寸从而实现各种不同目标及要求的天线功能，实现可持续行发展；4)基因组中上、下层金属贴片单元形成上下耦合，上层金属贴片单元之间形成前后左右的耦合和微扰，激励起更多模式，从而大大增加了天线带宽；5)在馈电网络不同的转接口处采用不同的不连续性补偿形式，使传输线的能量反射降低，从而提高了天线的整体增益；6)上层LTCC基板上开圆柱形通孔，不仅方便金属探针与传输线之间的焊接，而且不影响天线整体的圆极化，同时还可通过调节窗口的尺寸来调节天线的整体性能，从而增加天线的整体频率带宽；7)该天线充分利用了LTCC技术的优点，对不同叠层之间进行紧密无间隙结合，从而实现整个天线的共形设计，而使天线尺寸减小，性能提升。综上，本专利技术能够在相同阵元数目限制下尺寸更小、增益更高、圆极化性能更好，而且频率带宽也更宽，并且结构简单易于加工。附图说明图1为实施例中基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线的结构展开示意图，其中，1为上层介质基板，2为下层介质基板，3为接地金属层，4、5、6、7分别为第一、二、三、四上层金属贴片单元，8为通孔，9为下层金属贴片单元，10为四分之一圆环即扫略弯头，11为微带线，12为与同轴金属探针连接的1/4波长变换段，13为馈电端口。图2为实施例中基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线的上层金属贴片天线结构示意图。图3为实施例中基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线的下层金属贴片天线结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线，包括从下往上依次层叠的接地金属层、下层介质基板、下层金属贴片天线、上层介质基板、上层金属贴片天线，所述接地金属层上设置馈电端口，下层金属贴片天线采用馈电网络馈电，所述馈电网络通过穿过下层介质基板的金属同轴探针连接馈电端口，所述上层介质基板上对应于金属同轴探针开设通孔；其特征在于，所述下层金属贴片天线由若干个呈阵列排布的下层金属贴片单元构成，每个下层金属贴片单元均为对角加切角的矩形金属贴片、且在切角处均开设有矩形凹槽，同时下层金属贴片单元除馈电一边的其他三边还开设有矩形缝隙；所述上层金属贴片天线由与下层金属贴片单元对应设置的上层金属贴片子阵构成，每个上层金属贴片子阵与其对应的下层金属贴片单元中心重合、共同构成一个基因组单元，所述上层金属贴片子阵由呈2×2阵列排布的4个上层金属贴片单元构成，每个上层金属贴片单元同样采用对角加切角的矩形金属贴片、且在切角处均开设有矩形凹槽，同时上层金属贴片单元四边均开设矩形缝隙。

【技术特征摘要】
1.一种基于LTCC技术的基因组单元紧凑共形阵列天线，包括从下往上依次层叠的接地金属层、下层介质基板、下层金属贴片天线、上层介质基板、上层金属贴片天线，所述接地金属层上设置馈电端口，下层金属贴片天线采用馈电网络馈电，所述馈电网络通过穿过下层介质基板的金属同轴探针连接馈电端口，所述上层介质基板上对应于金属同轴探针开设通孔；其特征在于，所述下层金属贴片天线由若干个呈阵列排布的下层金属贴片单元构成，每个下层金属贴片单元均为对角加切角的矩形金属贴片、且在切角处均开设有矩形凹槽，同时下层金属贴片单元除馈电一边的其他三边还开设有矩形缝隙；所述上层金属贴片天线由与下层金属贴片单元对应设置的上层金属贴片子阵构成，每个上层金属贴片子阵与其对应的下层金属贴片单元中心重合、共同构成一个基因组单元，所述上层金属贴片子阵由呈2×2阵列排布的4个上层金属贴片单元构成，每个上层金属贴片单元同样采用对角加切角的矩形金属贴片、且在切角处均开设有矩形凹槽，同时上层金属贴片单元四边均开设矩形缝隙。2.按权利要求1所述基于LT...

【专利技术属性】
技术研发人员：张怀武，付小利，杨青慧，刘成，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51