[发明专利]一种新型LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种新型LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线。

背景技术

圆极化天线具有旋向正交性；可接收任意极化来波，其辐射波也可由任意极化天线接收；圆极化波入射到对称目标，反射波反旋等优点。阵列天线相比于阵列辐射单元具有更高的增益，更窄的波束，较强的定向性和空间波束扫描特性。而圆极化微带贴片阵列天线不仅具有以上两种天线的优点，同时还具有微带贴片天线剖面低、结构简单、体积小、重量轻、制作容易、成本低廉、能与载体或飞行器共形、易于实现圆极化特性并且很容易集成到微带电路当中等优点。这些优点使其在无线通信、机载通信、卫星定位、远程遥感、航空航天等领域得到了广泛的应用。

圆极化微带贴片阵列天线因其众多的优点而有着更大的实际应用潜力，但微带贴片天线实质上近似于封闭的谐振系统，这一特点使其频带比较窄，而现代通信要求其具有更宽的频带带宽。目前常见的展宽微带贴片天线的方法包括增大基板厚度、采用多层结构、附加阻抗匹配等，但这些不仅不利于天线的小型化，也使天线结构更加复杂。此外，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、宽频带发展的矛盾始终未得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LTCC技术的双层单馈圆极化微带贴片阵列天线，该天线更好地兼顾了微带贴片天线低剖面、圆极化、高增益的性能要求，同时大大提高天线的频带带宽。解决了现有圆极化微带贴片阵列天线兼顾其低剖面、圆极化、高增益、宽频带发展的矛盾。本发明的技术方案为：

一种LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线，包括上层LTCC基板1、下层LTCC基板2、上层辐射金属贴片天线阵列4、馈电网络6、下层辐射金属贴片天线阵列7、金属探针11、馈电端口12和接地金属层3，其中，接地金属层3位于下层LTCC基板2的下表面，下层辐射金属贴片天线阵列7与馈电网络6设于下层LTCC基板2的上表面，上层辐射金属贴片天线阵列4位于上层LTCC基板1的上表面，馈电端口12开设于下层LTCC基板2上相应位置并通过金属探针11与馈电网络6相连、金属探针11与接地金属层3相绝缘；其特征在于，所述上层辐射金属贴片天线阵列4与下层辐射金属贴片天线阵列7形状、尺寸相同，与接地金属层3相互平行设置，每个天线阵列由四个子阵列构成，每个子阵列由四个辐射金属贴片构成，其中每个辐射金属贴片均为加切角的正方形、一组对边上开设矩形缝隙。

进一步的，所述馈电网络6采用四分之一波长变换段与金属探针11相连接，在转角处采用四分之一圆环即扫掠弯头8连接，在宽度不同的带状线连接处采用削角阶梯15连接，在T型弯头处采用削角13。

所述上层LTCC基板1上在馈电端口12对应位置还开有圆形窗口，以露出金属探针11；所述接地金属层3在馈电端口12对应位置开设与馈电端口12相同半径的圆形窗口，以露出馈电端口12。

更进一步的，所述上、下层辐射金属贴片天线阵列中辐射金属贴片间纵横间距大于1/2中心频率处的真空波长，边缘处的辐射金属贴片距离LTCC基板的对应边缘距离要大于1/4中心频率处的真空波长。

所述上、下层辐射金属贴片天线阵列中辐射金属贴片切角大小要使单点馈电方形贴片产生的幅度相等的两个正交简并模形成90°的相位差。

所述馈电网络6的带状线线宽由LTCC基板的介电常数大小和厚度确定，以确保与金属探针11连接的1/4波长变换段的阻抗为50欧姆，子阵列中带状线17的阻抗为75欧姆，阵列中带状线18的阻抗为100欧姆。

所述上、下层辐射金属贴片天线阵列的面积大小与上、下层LTCC基板的厚度关系应使下层辐射金属贴片天线阵列7谐振于低于整个LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线中心频率的频点，使上层辐射金属贴片天线阵列4谐振于高于LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线中心频率的频点。

所述上、下层LTCC基板所采用的LTCC陶瓷材料的相对介电常数在2～200之间。

所述馈电网络、上、下层辐射金属贴片天线阵列以及接地金属层均采用银浆印刷于相应LTCC基板表面；整个LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线经流延、打孔、印刷、叠层、等静压、切割和烧结后成型。