基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线制造技术

本发明专利技术涉及一种基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线，馈电结构由八边形地板耦合腔，带状线双极化馈线，金属化馈电过孔以及金属地板圆形开孔共同构成，带状线双极化馈线终端为渐变耦合端，与八边形地板耦合腔形成多谐振多层耦合结构；金属化馈电过孔穿过多层高频介质板及内金属地板上的圆形开孔，将信号由带状线层垂直传输至天线底部；SSMP连接器的内导体插入金属化馈电过孔中，外导体与底层金属地板焊接，以此作为该天线的对外电气接口。该天线结构紧凑尺寸小，易集成，成本低廉，加工难度低，在宽频带工作的同时，具备双线极化辐射特性，能够满足Ka频段宽带相控阵系统或通信系统的应用需求。

Ka band broadband low profile dual polarization microstrip antenna based on high frequency lamination technology

【技术实现步骤摘要】
基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线
本专利技术涉及一种基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线，可作为Ka波段宽带相控阵系统的辐射单元，属于无线通信系统天线

技术介绍
随着5G通讯及毫米波传感器系统的飞速发展与应用，具备波束快速扫描赋形及宽带覆盖特性的毫米波有源相控阵将成为硬件方案的主要选择。有源相控阵系统的整体性能与所选择的天线辐射单元特性密不可分：首先，单元的匹配与耦合特性决定了阵列的工作频带覆盖能力；单元的横向尺寸决定了阵列在工作频带内的扫描覆盖范围；单元的极化特性则决定了阵列可承载的系统功能与应用场景；其次，单元的效率直接影响系统的整体效率与灵敏度；此外，天线单元的剖面高度、易集成度与重量将限制阵列的具体安装使用环境；另外，民用领域对天线单元的成本控制也提出了额外的要求。目前，毫米波频段的阵列天线单元多以开口波导、缝隙阵列或垂直安装的天线振子为主，其中，开口波导及缝隙阵列采用金属结构，传输损耗低但单元及阵面重量大，加工难度与成本较高，极化特性单一，且不易与有源电路集成一体化设计；而垂直安装的天线振子，其阵面由一条条独立的线阵排列构成，每条线阵的印制板均垂直于阵列平面放置，剖面相对较高，结构整体性与强度较差，抗冲击振动能力不足，特别是其装配精度与一致性难以保证，在毫米波频段会显著影响所构成阵列的电气性能。平面结构的微带天线具有小尺寸、轻重量、低剖面、低成本的优点，能够在相对较窄的频带内实现空间波束的覆盖，是有源相控阵单元的重要选择之一。但传统的平面微带天线存在带宽普遍较窄、损耗大、高频段应用效率较低、极化特性单一等问题，一定程度上限制了其在毫米波频段的应用。鉴于平面化微带天线的潜在应用前景，设计一种宽频带、低剖面、双极化、易集成、低成本、通用化的毫米波阵列天线单元具有重要的现实意义。
技术实现思路
要解决的技术问题针对
技术介绍
中传统平面微带天线带宽较窄、损耗大、高频段效率较低、极化特性单一、不适合毫米波应用等问题，提出一种新颖的基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线。技术方案一种基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线，其特征在于由六层高频介质板通过半固化片层压构成，由上至下包括顶层辐射贴片介质板、中间第一层介质板、中间第二层介质板、中间第三层介质板、中间第四层介质板和底层反射腔介质板，在顶层辐射贴片介质板的上表面中间设有方形寄生辐射贴片，下表面设有第一层内层金属地板，在第一层内层金属地板中间设有第一八边形地板耦合腔，在中间第二层介质板的上表面设有第一带状线双极化馈线，在中间第二层介质板的下表面设有第二层内层金属地板，在第二层内层金属地板中间设有第二八边形地板耦合腔，在中间第四层介质板的上表面上设有第二带状线双极化馈线，在中间第四层介质板的下表面上设有第三层内层金属地板，在第三层内层金属地板中间设有第三八边形地板耦合腔，在底层反射腔介质板的下表面设有外层金属地板，在顶层辐射贴片介质板、中间第一层介质板、中间第二层介质板、中间第三层介质板、中间第四层介质板和底层反射腔介质板的周边设有金属化隔离过孔阵列，在中间第二层介质板、中间第三层介质板中间第四层介质板和底层反射腔介质板上设有第二金属化馈电过孔；所述的第一带状线双极化馈线包括第一圆形焊盘、第一带状线传输线和第一耦合端，所述的第二带状线双极化馈线包括第二圆形焊盘、第二带状线传输线和第二耦合端，第二带状线双极化馈线与第一带状线双极化馈线成90度放置，圆形焊盘与第一金属化馈电过孔连接，第一SSMP连接器的内导体插入第一金属化馈电过孔中，共同形成对应一个单极化信号的传输馈电结构，而第二圆形焊盘与第二金属化馈电过孔连接，第二SSMP连接器的内导体插入第二金属化馈电过孔中，共同形成对应另一个单极化信号的传输馈电结构；第一耦合端和第二耦合端为梯形渐变线形式，伸入第一八边形地板耦合腔的投影范围内，第一八边形地板耦合腔、第二八边形地板耦合腔和第三八边形地板耦合腔的形状大小一致，在第二层内层金属地板上设有避让第一金属化馈电过孔和第二金属化馈电过孔的第一金属地板圆形开孔，在第三层内层金属地板上设有避让第一金属化馈电过孔和第二金属化馈电过孔的第二层金属地板圆形开孔，在外层金属地板上设有避让第一金属化馈电过孔和第二金属化馈电过孔的第三金属地板圆形开孔。所述的顶层辐射贴片介质板、中间第一层介质板、中间第二层介质板、中间第三层介质板、中间第四层介质板和底层反射腔介质板选择介电常数εr＝3的TaconicTSM-DS3高频介质基材；顶层辐射贴片介质板的厚度为0.508mm，中间第一层介质板、中间第二层介质板、中间第三层介质板、中间第四层介质板的厚度均为0.127mm，底层反射腔介质板的厚度为0.381mm。有益效果本专利技术提出的一种基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线，该天线结构紧凑尺寸小，易集成，成本低廉，加工难度低，在宽频带工作的同时，具备双线极化辐射特性，能够满足Ka频段宽带相控阵系统或通信系统的应用需求。与现有技术相比，具有如下技术效果：1.宽频带：通过选择合适的贴片尺寸、引入八边形耦合腔与反射腔，并且采用了带状馈线渐变耦合端、金属化过孔与带状线的复合馈线结构，使各部分的谐振频率带宽相互交叠，以此实现了工作频率覆盖31GHz～38.5GHz的多层耦合微带天线，并且具备进一步提升带宽的空间。2.正交双线极化：双层带状馈线呈90度放置并共用对称耦合腔的设计，可在不增加天线单元横向尺寸的前提下，利用最小的空间实现正交双线极化的收发功能。3.低剖面小型化：多层平面耦合的馈电结构，在保证工作带宽的同时，最大程度的压缩天线剖面高度至1.85mm；而通过合理选择基板厚度，同时结合金属化过孔隔离阵列，能够将天线横向尺寸控制在5mm×5mm范围内。4.易集成：天线采用多层耦合式结构，馈线采用带状线形式，对外接口为小型化的SSMP连接器，既可以采用与后端电路盲插的组合方式，也可以直接通过倒装焊将馈线与后端电路集成，更可以采用一体化设计的方式，将收发电路直接集成在天线底部。附图说明图1为本专利技术Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线的结构分解图图2为本专利技术Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线的带状线双极化馈线示意图图3为本专利技术Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线的结构侧视图图4为本专利技术Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线的正视图图5为本专利技术Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线的后视图图6为本专利技术Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线的端口电压驻波比仿真曲线图7为本专利技术Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线的双极化增益仿真曲线图8为本专利技术Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线的双极化方向图仿真曲线1a-顶层辐射贴片介质板、1b-中间第一层介质板、1c-中间第二层介质板、1d-中间第三层介质板、1e-中间第四层介质板、1f-底层反射腔介质板、2-方形寄生辐射贴片、3a-第一层内层金属地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线，其特征在于由六层高频介质板通过半固化片层压构成，由上至下包括顶层辐射贴片介质板(1a)、中间第一层介质板(1b)、中间第二层介质板(1c)、中间第三层介质板(1d)、中间第四层介质板(1e)和底层反射腔介质板(1f)，在顶层辐射贴片介质板(1a)的上表面中间设有方形寄生辐射贴片(2)，下表面设有第一层内层金属地板(3a)，在第一层内层金属地板(3a)中间设有第一八边形地板耦合腔(4a)，在中间第二层介质板(1c)的上表面设有第一带状线双极化馈线(5a)，在中间第二层介质板(1c)的下表面设有第二层内层金属地板(3b)，在第二层内层金属地板(3b)中间设有第二八边形地板耦合腔(4b)，在中间第四层介质板(1e)的上表面上设有第二带状线双极化馈线(5b)，在中间第四层介质板(1e)的下表面上设有第三层内层金属地板(3c)，在第三层内层金属地板(3c)中间设有第三八边形地板耦合腔(4c)，在底层反射腔介质板(1f)的下表面设有外层金属地板(9)，在顶层辐射贴片介质板(1a)、中间第一层介质板(1b)、中间第二层介质板(1c)、中间第三层介质板(1d)、中间第四层介质板(1e)和底层反射腔介质板(1f)的周边设有金属化隔离过孔阵列(8)，在中间第二层介质板(1c)、中间第三层介质板(1d)中间第四层介质板(1e)和底层反射腔介质板(1f)上设有第二金属化馈电过孔(7b)；所述的第一带状线双极化馈线(5a)包括第一圆形焊盘(5a-1)、第一带状线传输线(5a-2)和第一耦合端(5a-3)，所述的第二带状线双极化馈线(5b)包括第二圆形焊盘(5b-1)、第二带状线传输线(5b-2)和第二耦合端(5b-3)，第二带状线双极化馈线(5b)与第一带状线双极化馈线(5a)成90度放置，圆形焊盘(5a-1)与第一金属化馈电过孔(7a)连接，第一SSMP连接器(10a)的内导体插入第一金属化馈电过孔(7a)中，共同形成对应一个单极化信号的传输馈电结构，而第二圆形焊盘(5b-1)与第二金属化馈电过孔(7b)连接，第二SSMP连接器(10b)的内导体插入第二金属化馈电过孔(7b)中，共同形成对应另一个单极化信号的传输馈电结构；第一耦合端(5a-3)和第二耦合端(5b-3)为梯形渐变线形式，伸入第一八边形地板耦合腔(4a)的投影范围内，第一八边形地板耦合腔(4a)、第二八边形地板耦合腔(4b)和第三八边形地板耦合腔(4c)的形状大小一致，在第二层内层金属地板(3b)上设有避让第一金属化馈电过孔(7a)和第二金属化馈电过孔(7b)的第一金属地板圆形开孔(6a)，在第三层内层金属地板(3c)上设有避让第一金属化馈电过孔(7a)和第二金属化馈电过孔(7b)的第二层金属地板圆形开孔(6b)，在外层金属地板(9)上设有避让第一金属化馈电过孔(7a)和第二金属化馈电过孔(7b)的第三金属地板圆形开孔(6c)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于高频层压技术的Ka频段宽带低剖面双线极化微带天线，其特征在于由六层高频介质板通过半固化片层压构成，由上至下包括顶层辐射贴片介质板(1a)、中间第一层介质板(1b)、中间第二层介质板(1c)、中间第三层介质板(1d)、中间第四层介质板(1e)和底层反射腔介质板(1f)，在顶层辐射贴片介质板(1a)的上表面中间设有方形寄生辐射贴片(2)，下表面设有第一层内层金属地板(3a)，在第一层内层金属地板(3a)中间设有第一八边形地板耦合腔(4a)，在中间第二层介质板(1c)的上表面设有第一带状线双极化馈线(5a)，在中间第二层介质板(1c)的下表面设有第二层内层金属地板(3b)，在第二层内层金属地板(3b)中间设有第二八边形地板耦合腔(4b)，在中间第四层介质板(1e)的上表面上设有第二带状线双极化馈线(5b)，在中间第四层介质板(1e)的下表面上设有第三层内层金属地板(3c)，在第三层内层金属地板(3c)中间设有第三八边形地板耦合腔(4c)，在底层反射腔介质板(1f)的下表面设有外层金属地板(9)，在顶层辐射贴片介质板(1a)、中间第一层介质板(1b)、中间第二层介质板(1c)、中间第三层介质板(1d)、中间第四层介质板(1e)和底层反射腔介质板(1f)的周边设有金属化隔离过孔阵列(8)，在中间第二层介质板(1c)、中间第三层介质板(1d)中间第四层介质板(1e)和底层反射腔介质板(1f)上设有第二金属化馈电过孔(7b)；所述的第一带状线双极化馈线(5a)包括第一圆形焊盘(5a-1)、第一带状线传输线(5a-2)和第一耦合端(5a-3)，所述的第二带状线双极化馈线(5b)包括第二圆形焊盘(5b-1)、第二带状线传输线(5b-2)和第二耦合端(5b-3)，第二带状线双极化馈线(5b)与第一带状线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元源，雷国忠，华根瑞，赵迎超，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61