[发明专利]一种LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线单元

说明书

本发明属于天线技术领域，提供一种LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线单元，用以解决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；本发明天线单元中，上层辐射金属贴片与下层辐射金属贴片尺寸不同，下层辐射金属贴片谐振频点高于天线单元中心频率、上层辐射金属贴片谐振频点低于天线单元中心频率；所述下层辐射金属贴片的切角尺寸大于上层辐射金属贴片切角尺寸，且上、下辐射金属贴片的切角尺寸使单点馈电方形贴片产生幅度相等的两个正交简并模形成90°相位差；本发明通过采用相同形状、不同尺寸的上、下辐射金属贴片，实现更好地兼顾了微带贴片天线低剖面、圆极化的性能要求，同时大大提高天线的频带带宽。

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单元。

背景技术

圆极化天线具有旋向正交性，可接收任意极化波，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时，反射波会反旋等优点。阵列天线相比于阵列辐射天线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。而微带贴片阵列天线单元直接影响着微带贴片阵列天线的性能，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单元，用以解决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。本发明天线单元更好地兼顾了微带贴片天线低剖面、圆极化的性能要求，同时大大提高天线的频带带宽。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线单元，包括：上层LTCC基板1、下层LTCC基板2、上层辐射金属贴片4、馈电网络5、下层辐射金属贴片7、馈电端口6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7与馈电网络5设于下层LTCC基板2的上表面，上层辐射金属贴片4位于上层LTCC基板1的上表面，馈电端口6开设于下层LTCC基板2上相应位置并与馈电网络5相连；其特征在于，所述上层辐射金属贴片4与下层辐射金属贴片7形状相同，均为加切角的正方形、且一组对边上开设有矩形缝隙；所述上层辐射金属贴片4与下层辐射金属贴片7尺寸不同，其中，下层辐射金属贴片7谐振频点高于整个LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线单元中心频率、上层辐射金属贴片4谐振频点低于LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线单元中心频率；所述下层辐射金属贴片的切角尺寸大于上层辐射金属贴片切角尺寸，且上、下辐射金属贴片的切角尺寸使单点馈电方形贴片产生幅度相等的两个正交简并模形成90°相位差。

进一步的，所述上、下层辐射金属贴片距离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。

所述馈电网络5采用四分之一波长变换段9与特性阻抗为50欧的微带线8相连接；所述馈电部分5的带状线线宽由LTCC基板的介电常数大小和厚度确定，以确保与特性阻抗为50欧的微带线8连接的1/4波长变换段的阻抗为50欧姆。