一种基于三维SRRs超材料微带天线及其制造方法技术

本发明专利技术涉及微带天线技术领域，具体涉及一种基于三维SRRs超材料微带天线及其制造方法，包括天线图形、多个内层介质层、多个三维SRRs图形单元、底层微波地，多个内层介质层通过粘接材料层相互连接成介质组件，介质组件内部开设有用于放置多个三维SRRs图形单元的金属化孔，所三维SRRs图形单元的组数与微带天线的天线振子数量相匹配，多个三维SRRs图形单元排布成阵列结构，形成三维SRRs图形阵列，天线图形包覆于所述介质组件的上表面，每个三维SRRs图形单元内至少具有一个三维SRRs图形件，该基于三维超材料微带天线电性能指标优异，可使用在76～77GHz及以下的微波频段，带宽为

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维SRRs超材料微带天线及其制造方法


[0001]本专利技术涉及微带天线
，具体涉及一种基于三维SRRs超材料微带天线及其制造方法。

技术介绍

[0002]微带天线具有质量轻、体积小、剖面低、易集成、馈电灵活等特点，在卫星系统、雷达系统、对抗通信以及空间飞行器设计等领域得到广泛应用。微带天线分成馈电网络、辐射单元和辐射背景。但是，单个微带天线增益偏低，存在介质损耗和表面波损耗，辐射效率较低，在应用时需要较多的单元构成大型平面阵列天线，导致馈电网络复杂，馈线损耗变大，最终也会造成天线效率的显著下降。传统天线尺寸越小时辐射电阻也越小，导致天线与馈线之间的阻抗严重失配，进而导致天线性能的恶化。常规增大介电常数的微带天线小型化技术虽然可以在一定程度上达到小型化的目的，然而由于微带天线各项指标之间的相互制约，会带来增益、带宽、辐射效率等其他性能指标的损失。
[0003]超材料的发现和发展，为实现小型化天线提供了更为有效的途径，超材料是一种改变材料的排布方式或材料的物理结构从而呈现出与自然界物质有所不同的物理性质的人工合成材料。超材料由于其零反射相位、亚波长以及较大的寄生电容和电感等特性，可以应用到天线上减小天线的体积。
[0004]与传输线型超材料相比，基于开口谐振环(SRRs)及其衍生结构的谐振型超材料适合构造二维或三维的左手材料和单负材料，易于集成，适于工作在高频段，并能够实现超材料绝大部分的超常电磁特性。然而现有的三维超材料结构普遍在加工与制作方面存在较多困难，尤其是对于蚀刻减成微带板制备工艺而言，只能在图形周边制备二维超材料结构，现有的垂直金属化孔无法形成完整三维连贯图形，更无法实现三维超材料结构的空间嵌套。
[0005]因此，如何实现性能优良、廉价、适宜生产的三维超材料多层微带板制备方法是目前亟待解决的问题。
[0006]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决如何制备性能优良、廉价、适宜生产的三维SRRs超材料多层微带板的问题，提供了一种基于三维SRRs超材料微带天线及其制造方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术公开了一种基于三维SRRs超材料微带天线，包括天线图形、多个内层介质层、多个三维SRRs图形单元、底层微波地，所述多个内层介质层通过粘接材料层相互连接成介质组件，所述介质组件内部开设有用于放置多个三维SRRs图形单元的金属化孔，所述三维SRRs图形单元的组数与微带天线的天线振子数量相匹配，多个三维SRRs图形单元排布成阵列结构，形成三维SRRs图形阵列，所述天线图形包覆于所述介质组件的上表面，每个所述三维SRRs图形单元内至少具有一个三维SRRs图形件。
[0009]所述三维SRRs图形包括依次连接为框型结构的上层SRR图形、第一侧SRR图形、下
层SRR图形和第二侧SRR图形，所述下层SRR图形中设有开口。
[0010]所述内层介质层的厚度为0.127～0.508mm。
[0011]所述三维SRRs图形件的线宽为0.05～0.1mm。
[0012]所述三维SRRs图形单元内包括多个大小不同的三维SRRs图形件，所述多个三维SRRs图形件按照大小依次嵌套，相邻的三维SRRs图形件之间的垂直间距为单个内层介质层厚度和单个粘接材料层厚度之和。
[0013]所述三维SRRs图形阵列的列间隙中开设有金属塞孔，所述金属塞孔包括金属塞孔本体和导电浆料，所述导电浆料填充于金属塞孔本体内。通过开设金属塞孔，加强了微带天线的屏蔽，改善了最大增益。
[0014]本专利技术还公开了一种上述基于三维SRRs超材料微带天线的制造方法，包括以下步骤：
[0015]S1：设计一种6层以上电路的多层微带板，包含外层基板和内层基板；
[0016]S2：在内层基板上钻孔，得到至少两个金属化孔，然后用导电浆料进行塞孔固化，打磨平整后进行电镀；
[0017]S3：在经电镀后的金属化孔两端制作上层SRR图形和下层SRR图形，在各个金属化孔的孔壁上分别制作第一侧SRR图形和第二侧SRR图形；
[0018]S4：将内层基板和外层基板热压形成多层结构；
[0019]S5：制作内层基板和外层基板的层间互联的金属塞孔、表层图形，表面涂镀，外形加工，得到小型化微带天线。
[0020]所述步骤S1中多层微带板至少包含3层芯板、2层粘接膜和4层电路层。
[0021]所述步骤S2中内层基板介质选用为介电常数为6.15以上的PTFE/玻纤布/陶瓷填料或PTFE/微玻纤体系/陶瓷填料。
[0022]优选的，介质材料选择为Rogers公司的RT6006、RT6010、TMM系列材料中材料之一或复配。
[0023]所述步骤S2中介质基板顶层的铜箔为压延铜箔、电解铜箔、反转铜箔、低轮廓铜箔中的任意一种，铜箔厚度为18μm或35μm。
[0024]所述步骤S2中在孔内化学镀形成附着在孔壁的铜层，厚度为1～2um。
[0025]所述步骤S2中塞孔通过丝网印刷辅助真空塞孔。
[0026]所述步骤S2中塞孔后使用覆盖膜保证固化过程中导电浆料的位置。
[0027]所述步骤S2中丝网印刷过程为：将网板、基板通过CCD定位，安装于真空塞孔机的工作台面，将导电浆料置于刮刀前方，按照设定工艺参数进行印刷，印刷过程中开启真空，使导电浆料均匀填充孔内，塞孔后撤除网板。
[0028]所述步骤S2中固化过程为将先基板放置于热风烘箱中固化。
[0029]所述步骤S2中预固化参数为按照导电浆料的推荐工艺曲线，最高固化温度不超过150℃，固化时间不超过3h。
[0030]所述步骤S2中导电浆料选择热固性材料体系，采用杜邦公司的CB100、CB102、LF181、QM34、QM35和TH035，Tatsuta公司的AE2217、AE1244、AE3030中的一种。
[0031]所述步骤S3中图形制作采用湿膜、干膜方法(LDI)或激光直写(LDS)之一。
[0032]优选的，所述步骤S3中图形制作采用激光直写方法。
[0033]所述步骤S4中适用的半固化片选自Rogers公司的2929、Rogers公司的GenClad
‑
280、AGC公司的Fastrise27/28系列、电科46所的CFB278F、睿龙公司的RLP30、生益科技的SGP28N中的一种。
[0034]所述步骤S5中得到的微带天线的在外形尺寸≤180mm时可达到图形精度≤
±
0.05mm，层间位置精度为≤
±
0.15mm。
[0035]三维超材料即为SRR及其嵌套模式，目前实现有较大难度，该设计和制造均较少，具有显著的新颖性，其主要解决天线的小型化问题，即在保证同等性能的前提下缩小尺寸。
[0036]与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维SRRs超材料微带天线，其特征在于，包括天线图形、多个内层介质层、多个三维SRRs图形单元、底层微波地，所述多个内层介质层通过粘接材料层相互连接成介质组件，所述介质组件内部开设有用于放置多个三维SRRs图形单元的金属化孔，所述三维SRRs图形单元的个数与微带天线的天线振子数量相匹配，多个三维SRRs图形单元排布成阵列结构，形成三维SRRs图形阵列，所述天线图形包覆于所述介质组件的上表面，每个所述三维SRRs图形单元内至少具有一个三维SRRs图形件。2.如权利要求1所述的基于三维SRRs超材料微带天线，其特征在于，每个所述三维SRRs图形件包括依次连接为框型结构的上层SRR图形、第一侧SRR图形、下层SRR图形和第二侧SRR图形，所述下层SRR图形中设有开口。3.如权利要求1所述的基于三维SRRs超材料微带天线，其特征在于，所述内层介质层的厚度为0.127～0.508mm。4.如权利要求1所述的基于三维SRRs超材料微带天线，其特征在于，所述三维SRRs图形件的线宽为0.05～0.1mm。5.如权利要求1所述的基于三维SRRs超材料微带天线，其特征在于，所述三维SRRs图形单元包括多个大小不同的三维SRRs图形件，所述多个三维SRRs图形件按照大小依次嵌套，相邻的三维SRRs图形件之间的垂直间距为单个内层介质层厚度和单个粘接材料层厚度之和。6.如权利要求1所述的基于三维SRRs...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，邹嘉佳，赵丹，时海涛，鲍睿，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：