一种模块化毫米波阵列天线制造技术

目前常见的阵列天线单元主要有印刷振子天线、贴片天线、开槽渐变线天线等形式，其中印刷振子和渐变线天线不满足低剖面的设计需求，传统微带贴片天线存在介质损耗大、辐射效率低、带宽较窄、防护方案复杂等缺点。本发明专利技术提出了一种模块化毫米波阵列天线，在石英基板1下表面刻蚀方形辐射贴片2和栅格图案，在栅格图案处将石英基板1和金属围框3焊接；LTCC基板11在在金属底板12前向安装，射频连接器13在金属底板12后向安装；最后将金属围框3和金属底板12焊接，实现一种低剖面、可靠性高、兼顾防护功能的模块化毫米波阵列天线。能的模块化毫米波阵列天线。能的模块化毫米波阵列天线。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化毫米波阵列天线


[0001]本专利技术属于天线
，尤其涉及一种模块化毫米波阵列天线。

技术介绍

[0002]随着科技迅速发展，无线通信设备普及，传统低频微波频段越发拥挤，导致可分配的带宽越来越窄。毫米波频段由于其频谱资源丰富、波长短、干扰小等优势，具有更广阔的发展前景，目前毫米波系统已经广泛应用于军事、天文及安全等各领域。在毫米波雷达系统中，天线作为一种发射和接收电磁波的装置，是连接通信设备内部器件与外部环境的重要部分。其中，阵列天线由于具有较高增益、易实现波束赋形等优势，在通信、雷达等领域已被广泛应用。
[0003]在毫米波频段，天线加工的材质主要包括LTCC、石英及硅基等等。LTCC技术是一种新型材料技术，其材料带宽稳定，介电损耗小，具有高的Q值及高速传输特性。石英晶圆具有较高的表面平整性、较好的耐腐蚀性、较低的介质损耗等优点。根据天线的相似原理，若要求天线的工作特性保持不变，须将天线的所有尺寸都与波长按相同比例变化。在毫米波频段的天线加工工艺及材料技术限制下，设计一种既满足性能指标又兼顾结构特性的天线难度很大。
[0004]目前常见的阵列天线单元主要有印刷振子天线、贴片天线、开槽渐变线天线等形式。这些天线具有宽带宽角能力，其中印刷振子和渐变线天线不满足低剖面的设计需求，传统微带贴片天线存在介质损耗大、辐射效率低、带宽较窄、防护方案复杂等缺点。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术中的不足，本专利技术提出了一种模块化毫米波阵列天线，该天线具有宽带宽角扫描特性、防护方案简单，将天线馈线一体化设计，易于实现系统的小型化和轻量化，适用于组成大型高性能毫米波阵列天线。
[0006]本专利技术的模块化毫米波阵列天线，从上至下包括石英基板(1)、方形辐射贴片(2)、金属围框(3)、LTCC基板(11)、金属底板(12)和射频同轴连接器(13)；所述方形辐射贴片(2)刻蚀在石英基板(1)下表面，所述石英基板(1)与金属围框(3)之间通过高温焊接，所述方形辐射贴片(2)与LTCC基板(11)之间形成空气腔(4)，LTCC基板最底层为射频同轴连接器(13)，与金属底板(12)高温焊接，所述金属围框(3)与金属底板(12)进行末道高温焊接。
[0007]所述LTCC基板11包括H形缝隙耦合层(5)、带状线耦合层(6)、垂直过渡(7)、带状线绕线层(8)、接地金属化孔(9)和馈电金属化孔(10)；所述H形缝隙耦合层(5)、带状线耦合层(6)、垂直过渡(7)、带状线绕线层(8)、接地金属化孔(9)采用LTCC工艺依次由上至下加工而成；所述垂直过渡(7)中的馈电金属化孔(10)将射频信号从带状线绕线层(8)传导至带状线耦合层(6)，再经H形缝隙耦合层(5)耦合至方形辐射贴片(2)，最后通过石英基板(1)辐射到自由空间。
[0008]进一步地，带状线在二维方向上镜像分布。
[0009]进一步地，所述接地金属化孔(9)将H形缝隙耦合层(5)、带状线耦合层(6)、带状线绕线层(8)的射频金属地两两之间互联。
[0010]本专利技术的有益效果在于
[0011]1.宽带宽角扫描特性：
[0012]a)采用采用H型缝隙和带线馈电，不仅可以实现大角度扫描宽频带阻抗匹配，而且与传统微带缝隙耦合相比，避免了后向辐射、提高了前向辐射效率，降低了后端有源电路的干扰。
[0013]b)石英基板与LTCC基板之间为空气腔，降低天线Q值，拓展了天线带宽，减少了介质损耗，提高了辐射效率。
[0014]c)二维宽带宽角扫描。本专利技术模块化毫米波阵列天线在32GHz～37GHz频率范围内，
±
45
°
扫描驻波≤2.5。
[0015]2.结构简单紧凑：馈电部分采用LTCC工艺，易与后端电路集成。减少了互联结构，降低了链路损耗，提高了系统集成度。
[0016]3.模块化设计：模块化阵列的金属底板与结构骨架固定，可实现大规模毫米波有源阵列天线。
[0017]4.防护方案简单：金属贴片印刷在石英基板内侧，再将石英基板内侧与围框焊接，可保护贴片和LTCC基板。
[0018]5.剖面低。整个天线模块的剖面高度为2.12mm。
附图说明
[0019]图1为本专利技术装配示意图。
[0020]图2为本专利技术三维立体图。
[0021]图3为本专利技术侧视立体图。
[0022]图4为本专利技术金属围框和LTCC基板俯视图。
[0023]图5为本专利技术天线单元方位扫描的有源驻波曲线。
[0024]图6为本专利技术天线单元俯仰扫描的有源驻波曲线。
[0025]其中，1.石英基板、2.方形辐射贴片、3.金属围框、4.空气腔、5.H形缝隙耦合层、6.带状线耦合层、7.垂直过渡、8.带状线绕线层、9.接地金属化孔、10.馈电金属化孔、11.LTCC基板、12.金属底板、13.射频同轴连接器。
具体实施方式
[0026]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]如图1
‑
3所示，本专利技术的模块化毫米波阵列天线，从上到下主要由石英基板1、金属围框3、LTCC基板11、金属底板12，射频同轴连接器13等组成。LTCC基板11含有H形缝隙耦合层5、带状线耦合层6、垂直过渡7、带状线绕线层8、接地金属化孔9、馈电金属化孔10。
[0028]射频信号接口采用同轴馈电形式，射频信号接口也可以与后端有源电路可以采用
BGA进行互联，实现与后端电路一体化封装加工。射频信号通过带状线绕线层8传导至垂直过渡7，再通过馈电金属化孔10传导至带状线耦合馈电层6，经H形缝隙耦合层5耦合至方形辐射贴片2，最后通过石英基板辐射到自由空间。其中LTCC基板由于尺寸限制，在水平和俯仰方向，四单元的绕线层带状线、垂直过渡、耦合层带状线镜像分布，俯仰(E面)两个单元之间射频信号存在180
°
相位差，通过后端移相器进行相位补偿。
[0029]接地金属化孔9将H形缝隙耦合层、带状线耦合层的射频金属地、带状线绕线层的射频金属地两两之间互联。耦合层和绕线层的射频金属地使能量向前传输，减小背向辐射，避免对后端有源电路产生干扰。接地金属化孔9，不仅可以保证射频信号共地和高质量传输，而且可以防止信号泄露。耦合层的接地金属化孔9形成谐振腔体结构，不仅可以调整谐振频点，也可以降低阵列天线单元之间的互耦，实现阵列天线二维大角度扫描。为实现天线宽角宽带性能，采取H形缝隙层5对方形贴片2耦合馈电方式，并将H形缝隙层与方形贴片之间设计为空气层以降低介质损耗。
[0030]为满足天线的宽带和宽角扫描性能，利用电磁场数值算法结合仿真技术，通过优化设计与性能比对来达到改善天线辐射特性及S参数的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化毫米波阵列天线，其特征在于：从上至下包括石英基板(1)、方形辐射贴片(2)、金属围框(3)、LTCC基板(11)、金属底板(12)和射频同轴连接器(13)；所述方形辐射贴片(2)刻蚀在石英基板(1)下表面，所述石英基板(1)与金属围框(3)之间通过高温焊接，所述方形辐射贴片(2)与LTCC基板(11)之间形成空气腔(4)，LTCC基板最底层为射频同轴连接器(13)，与金属底板(12)高温焊接，所述金属围框(3)与金属底板(12)进行末道高温焊接。2.根据权利要求1所述的一种模块化毫米波阵列天线，其特征在于：所述LTCC基板11包括H形缝隙耦合层(5)、带状线耦合层(6)、垂直过渡(7)、带状线绕线层(8)、接地金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彤，周浩，王侃，李钊，吴建军，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：