一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线制造技术

本发明专利技术公开了一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，从上至下依次包括金属覆盖层、第一空气腔层、中间馈电层，第二空气腔层和Vivaldi天线辐射层，各层之间采用焊接材料分层压接，通过短路柱短路连接，第一空气腔层和第二空气腔层由介质材料局部切除获得，并与金属覆盖层、Vivaldi天线辐射层以及短路柱构成半封闭腔体，用于电磁波的传输。本发明专利技术解决天线损耗大、带宽窄以及增益低等技术问题。

A Vivaldi antenna with self packaging substrate integrated mounting line

【技术实现步骤摘要】
一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线
本专利技术属于无线通信天线
，具体涉及一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线。
技术介绍
随着无线移动通信技术的快速发展和广泛应用，人们对通信技术的需求不再仅仅局限于语音信号的无线传输，对多媒体信号的要求也越来越高。因此，对信号传输的质量和速度提出了更高的要求。随着移动通信设备的高度集成化以及便携化的发展需求，天线作为无线移动设备的重要构成部分，对其宽带化、低损耗、高增益以及高效率的电性能提出了更高的技术要求。传统的单极子天线、偶极子天线等具有结构简单、体积小等优点。但是由于受其辐射电阻较小的影响，天线存在着阻抗带宽窄和辐射效率低等缺点。传统Vivaldi天线因具有超宽带的特性，多用于宽频带无线通信领域。但Vivaldi天线一般由微带、同轴等传输形式，通过电磁耦合方式使得信号传输发生在传输线与辐射体之间进行转换，然而这种电磁耦合传输方式却存在功率容量低、传输损耗大等缺点，限制了其在许多领域的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，解决天线损耗大、带宽窄以及增益低等技术问题。本专利技术采用以下技术方案：一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，从上至下依次包括金属覆盖层、第一空气腔层、中间馈电层，第二空气腔层和Vivaldi天线辐射层，各层之间采用焊接材料分层压接，通过短路柱短路连接，第一空气腔层和第二空气腔层由介质材料局部切除获得，并与金属覆盖层、Vivaldi天线辐射层以及短路柱构成半封闭腔体，用于电磁波的传输。具体的，中间馈电层的上表面和下表面分别印刷有用于信号传输的悬置线，悬置线的一端设置有扇形短截线，扇形短截线、悬置线扇形短截线与金属覆盖层及Vivaldi天线辐射体组合形成用于高频信号传输的悬置线结构，通过末端设置的扇形短截线调节阻抗匹配，实现悬置线对Vivaldi天线辐射体的耦合馈电。进一步的，悬置线的另一端与SMA连接器连接，用于高频信号输入。进一步的，悬置线的宽度与扇形短截线的半径R均可调。具体的，Vivaldi天线辐射层的上表面印刷有辐射体，辐射体的两侧蚀刻有扼流槽，辐射体的前端设置有双边平行线。进一步的，扼流槽包括多个长度不等的槽型结构，槽型结构扼流槽的设置用于抑制外部边缘处不同频率的反向电流，双边平行线位于Vivaldi天线辐射体的前端，并且印刷于介质基板的上、下表面，用于增强天线的定向辐射特性。具体的，第一空气腔层设置有中心镂空的第一空气腔，第二空气腔层设置有中心镂空的第二空气腔。具体的，金属覆盖层、第一空气腔层、中间馈电层，第二空气腔层和Vivaldi天线辐射层均包括介质基片，每层介质基片的一侧边缘设置有金属屏蔽，金属屏蔽及每层介质基片上设置有一一对应的金属化过孔，金属屏蔽上设置有金属化过孔，每层介质基片的四角设置有螺丝孔，短路柱设置在金属化过孔内。进一步的，金属覆盖层、第一空气腔层、第二空气腔层和Vivaldi天线辐射层采用厚度1～2mm，介电常数4.4的FR4板材。进一步的，中间馈电层采用厚度为0.2～1.0mm，介电常数为2.65的F4B板材。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，可实现电路与系统的自封装，介质集成悬置线(SubstrateIntegratedSuspendedLine)通过焊接材料分层将PCB板压合在一起形成自封装的效果，无需单独加工金属外壳以及外壳与电路系统之间的装配工作，缩小了成本；设计的天线工作频率为2.97～6.72GHz，相对带宽为77.4％。获得了稳定的单向辐射方向图和低交叉极化水平，采用了印刷电路板(PCB)技术自封装成多层结构，避免了传统结构的笨重机械外壳，从而获得了重量轻，成本低、高性能的自封装基片集成悬置线的Vivaldi天线。进一步的，中间馈电层的上、下表面印刷有导体带线，采用上、下双表面的悬置线结构解决了单层悬置线中上(下)半空间耦合弱的问题。并且电磁场从该层悬置线电路出发，指向周围金属壁，使得电磁场在空气腔内传播，从而有效的减少了电磁波的介质损耗和辐射损耗。进一步的，加载在悬置线末端的扇形截断线不仅改善了悬置线的阻抗匹配，使得天线的工作带宽获得了显著增加，而且对天线的辐射起到了积极的效果。进一步的，Vivaldi天线辐射层位于Vivaldi天线的最底层，一方面与上层金属层及金属短路柱构成屏蔽腔，减少悬置线的杂散辐射；另一方面将通过缝隙耦合得到的电磁波能量辐射到自由空间，从而实现天线的电磁波辐射。进一步的，采用了Vivaldi天线和改进的悬置线耦合馈电到槽线的转换，使得系统的最低工作频率得到了扩展，工作带宽得到了进一步的展宽。进一步的，采用悬置线馈电网络，由于腔体中介质大部分是空气，悬置线以较小的电流密度和电场强度，且外层有金属接地盖板及短路柱将电磁场屏蔽在内，有效阻止了能量的泄漏，降低了电磁波的插入损耗，从而提高了天线的辐射效率。进一步的，金属覆盖层、第一空气腔层、第二空气腔层和Vivaldi天线辐射层的组合主要用于屏蔽腔的构建。选用厚度为1毫米、介电常数4.4的FR4介质基板，既要满足电磁波在空气腔中传播的基本要求，又能在保证结构强度的情况下，满足天线设计中选材成本低、重量轻的设计要求。进一步的，中间馈电层主要用于电磁波的耦合和传输，选用低介电常数及低厚度的高频板材，可以有效的减少电磁波在介质中的传输损耗，而且PCB具有结构简单、易集成、易加工等良好的特性，因此厚度0.2毫米，介电常数为2.65的F4B高频板材作为本专利技术中间馈电层的优选材料。综上所述，本专利技术阻抗带宽及辐射性能好。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术Vivaldi天线俯视图；图2是本专利技术Vivaldi天线结构示意图；图3是本专利技术Vivaldi天线S-parameter-频率仿真结果图；图4是本专利技术Vivaldi天线增益-频率仿真结果图；图5是本专利技术在3.0GHz频点处E面的远场辐射方向图；图6是本专利技术在3.0GHz频点处H面的远场辐射方向图；图7是本专利技术在6.0GHz频点处E面的远场辐射方向图；图8是本专利技术在6.0GHz频点处H面的远场辐射方向图。其中：101.介质基片；102.螺旋丝孔；103.金属覆盖层；104.金属化过孔；201.第一空气腔；202.金属屏蔽；301.扇形短截线；302.悬置线；303.SMA连接器；401.第二空气腔；501辐射体；502双边平行线；503扼流槽。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，其特征在于，从上至下依次包括金属覆盖层(103)、第一空气腔层、中间馈电层，第二空气腔层和Vivaldi天线辐射层，各层之间采用焊接材料分层压接，通过短路柱短路连接，第一空气腔层和第二空气腔层由介质材料局部切除获得，并与金属覆盖层(103)、Vivaldi天线辐射层以及短路柱构成半封闭腔体，用于电磁波的传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，其特征在于，从上至下依次包括金属覆盖层(103)、第一空气腔层、中间馈电层，第二空气腔层和Vivaldi天线辐射层，各层之间采用焊接材料分层压接，通过短路柱短路连接，第一空气腔层和第二空气腔层由介质材料局部切除获得，并与金属覆盖层(103)、Vivaldi天线辐射层以及短路柱构成半封闭腔体，用于电磁波的传输。


2.根据权利要求1所述的自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，其特征在于，中间馈电层的上表面和下表面分别印刷有用于信号传输的悬置线(302)，悬置线(302)的一端设置有扇形短截线(301)，扇形短截线(301)、悬置线(302)扇形短截线与金属覆盖层(103)及Vivaldi天线辐射体(501)组合形成用于高频信号传输的悬置线结构，通过末端设置的扇形短截线(301)调节阻抗匹配，实现悬置线(302)对Vivaldi天线辐射体(501)的耦合馈电。


3.根据权利要求2所述的自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，其特征在于，悬置线(302)的另一端与SMA连接器(303)连接，用于高频信号输入。


4.根据权利要求2所述的自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，其特征在于，悬置线(302)的宽度与扇形短截线(301)的半径R均可调。


5.根据权利要求1所述的自封装基片集成悬置线Vivaldi天线，其特征在于，Vivaldi天线辐射层的上表面印刷有辐射体(501)，辐射体(501)的两侧蚀刻有扼流槽(503)，辐射体(501)的前端设置有双边平行线(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金海，刘汉平，杨延玲，张素珍，贾冉，杨海莲，唐荣霞，王丽，祁胜文，
申请(专利权)人：德州学院，
类型：发明
国别省市：山东;37