介質基片集成單脈衝天線的製作方法
2023-05-27 00:32:36
專利名稱：介質基片集成單脈衝天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可在通信系統的天線和饋電模塊中應用的天線，尤其涉及一種介質基片集成單脈衝天線。
背景技術：
傳統的單脈衝天線的實現方法是使用相互交錯的兩組金屬波導縫隙陣列，一組用偶模激勵，另一組用奇模激勵。這兩組波導縫隙陣列的幅度分布相同，它們各自對於遠區散射場的貢獻相同。由於這兩組激勵相互正交，所以它們所產生的單脈衝增益不受影響，保持較高的水平。而且由於兩組陣列的縫隙配置基本相同，這就使得兩組波導中的波傳播速度以及縫隙間距基本相同，從而在頻率變化時得到基本相同的和差方向圖。通過檢測獲得的和差波束就能夠實時偵知反射物體所在的方向，因此這種天線在雷達系統和衛星定位系統中有廣泛的應用。然而，傳統的單脈衝天線所用的金屬波導體積較大、重量很重、移動困難；其材料成本較高、加工成本昂貴，而且由於其移動困難造成了相關的機械成本的增加；更不便的是，金屬波導的製造精度無法保證成品天線工作正常，這樣在加工完成後還需要一個調整過程以修正誤差，就造成了批量生產的困難。這些缺陷使得此類天線造價極為昂貴。
發明內容
本發明提供一種易於生產、尤其是易於批量生產且製造精度高、並能提高天線性能的介質基片集成單脈衝天線，本發明能夠實時探知反射物體所在方向。
本發明採用如下技術方案一種用於無線通信、雷達、電子導航與電子對抗等電子設備的介質基片集成單脈衝天線，包括介質基片板，在介質基片板的正反兩面均設有金屬箔，在其中一面的金屬箔上刻蝕有縫隙陣列、微帶功分器及和差器，縫隙陣列單元與微帶功分器的一端連接，微帶功分器的另一端連接與和差器連接，在介質基片板和金屬箔設有互通通孔且該通孔為金屬化通孔，金屬化通孔呈「U」形排列，呈「U」形排列的金屬化通孔將縫隙陣列單元包圍其內。
與現有技術相比，本發明具有如下優點本發明是在一塊介質基片上形成了整個天線和饋電系統。首先，通過在介質基片上打多排金屬通孔形成多個平行的介質基片集成波導，這種波導工作於主模狀態時具有和矩形金屬波導相類似的傳輸特性和場分布。相鄰的通孔間距以及排與排之間的距離都根據實際要求確定。然後在介質基片的表面金屬層上蝕刻出縫隙陣列，每個縫隙的長度和位置都可以通過精確地計算確定，使其滿足有源導納諧振條件並位於短路波導中駐波的波峰上。這樣形成的波導縫隙陣列被完全集成在一塊介質基片上，而且成熟的PCB、LTCC等加工工藝保證了製造的精度和可靠性。最後利用微帶環形電橋和微帶功分器組成的饋電網絡，再通過低損耗的微帶一介質基片集成波導連接，把功率饋入介質基片集成波導中，獲得和差波束。本發明把饋電網絡和波導縫隙陣列集成到同一塊介質基片上。本發明具有如下具體優點1)單脈衝增益較高，而且角度靈敏度較高，使其能夠滿足苛刻條件的需要；可以賦形的方向圖使得這種天線可以廣泛應用於各種雷達和衛星定位系統。
2)體積小、重量輕、易於集成、加工成本低。這種介質基片集成單脈衝天線完全在一塊介質基片上實現整個天線和饋電系統。和傳統的金屬波導縫隙陣列天線比較，它的體積和重量都要小得多。而且由於可以利用成熟的PCB、LTCC等工藝技術加工，使其加工成本大大降低。
3)製造精度高，可以批量生產。PCB等製造工藝的精度要大大優於金屬波導的製作和開槽工藝。這就保證了每次加工出的天線都能符合設計要求，不需要修正誤差的過程。這樣為大規模批量生產提供了可能。
圖1是本發明實施例的結構主視圖。
圖2是本發明實施例的結構俯視圖。
圖3是本發明實施例的結構後視圖。
圖4是本發明的金屬化通孔結構示意圖。
圖5是本發明和差器結構剖視圖。
圖6是本發明第一埠饋電的H面歸一化輻射方向圖的計算和測試結果比較圖。
圖7是本發明第三埠饋電的E面歸一化輻射方向圖的計算和測試結果比較圖。
具體實施例方式
實施例1一種用於無線通信、雷達、電子導航與電子對抗等電子設備的介質基片集成單脈衝天線，其特徵在於包括介質基片板1，在介質基片板1的正反兩面均設有金屬箔5、6，在其中一面的金屬箔5上刻蝕有縫隙陣列3、微帶功分器4及和差器6，縫隙陣列單元與微帶功分器4的一端連接，微帶功分器4的另一端連接與和差器6連接，在介質基片板1和金屬箔5、6設有互通通孔2且該通孔2為金屬化通孔，金屬化通孔呈「U」形排列，呈「U」形排列的金屬化通孔將縫隙陣列單元包圍其內。
實施例2本發明利用微帶環形3dB電橋來實現單脈衝天線所需的和差波束。令上圖中的2埠和4埠連接接收天線，接收到的信號在1埠疊加形成和波束，在3埠相減形成差波束。微帶環形電橋和基片集成波導縫隙陣列天線一起形成整個天饋系統，並可以集成到一塊PCB基片上實現。單脈衝天線的設計的工作頻率在X波段，中心頻率10GHz。採用介電常數εr＝2.4的介質基片，基片的厚度為1.5mm，基片的介質損耗角正切tanδ＝0.002。令引出臂的寬度為W1＝2.4mm，則引出臂的特性阻抗Zc＝73.94Ω。環帶的特性阻抗為引出臂的 倍，為104.57Ω。由此可以進一步得到環帶的寬度W2＝1.19mm。我們知道微帶電橋環帶的總長度為540度，根據環帶的特性阻抗等條件可以得到環帶的總長度為32.38mm。由此可知環帶的半徑等於5.15mm，其中內徑為4.56mm，外徑為5.75mm。四條引出臂之間的間隔分別為90度、90度、90度和270度。
與微帶環形電橋相連的是一個4行8列等幅分布基片集成波導縫隙陣列。基片集成波導的寬度a＝12.46mm，基片厚度b＝1.5mm，所有縫隙的寬度均為0.2mm。各縫隙的長度和相對于波導中心線的位移可見下表
本發明的工作過程是功率首先通過基片的金屬表面蝕刻出的縫隙陣列進入基片集成波導，再經過微帶一介質基片集成波導連接進入各個微帶分支，繼而通過微帶功分器合成為兩路信號。這兩路信號在微帶環形電橋的作用下產生和差波束即為接收信號。其中基片集成波導的縫隙長度和位置的不同將給輻射出的方向圖賦予不同的形狀。每個縫隙都必須工作在諧振條件下，使得天線有較小的插入損耗。發射天線的工作過程與之相反。
權利要求
1.一種用於無線通信、雷達、電子導航與電子對抗等電子設備的介質基片集成單脈衝天線，其特徵在於包括介質基片板(1)，在介質基片板(1)的正反兩面均設有金屬箔(5、6)，在其中一面的金屬箔(5)上刻蝕有縫隙陣列(3)、微帶功分器(4)及和差器(6)，縫隙陣列單元與微帶功分器(4)的一端連接，微帶功分器(4)的另一端連接與和差器(6)連接，在介質基片板(1)和金屬箔(5、6)設有互通通孔(2)且該通孔(2)為金屬化通孔，金屬化通孔呈「U」形排列，呈「U」形排列的金屬化通孔將縫隙陣列單元包圍其內。
全文摘要
本發明公開了一種用於無線通信、雷達、電子導航與電子對抗等電子設備的介質基片集成單脈衝天線，包括介質基片板，在介質基片板的正反兩面均設有金屬箔，在其中一面的金屬箔上刻蝕有縫隙陣列、微帶功分器及和差器，縫隙陣列單元與微帶功分器的一端連接，微帶功分器的另一端連接與和差器連接，在介質基片板和金屬箔設有互通通孔且該通孔為金屬化通孔，金屬化通孔呈「U」形排列，呈「U」形排列的金屬化通孔將縫隙陣列單元包圍其內；本發明具有易於生產、尤其是易於批量生產且製造精度高、並能提高天線性能等優點，本發明能夠實時探知反射物體所在方向。
文檔編號H01Q13/10GK1719662SQ200510040420
公開日2006年1月11日 申請日期2005年6月8日 優先權日2005年6月8日
發明者顏力, 洪偉, 吳柯, 陳繼新, 華光 申請人:東南大學