基于多层结构的毫米波阵列天线制造技术

本发明专利技术提出了一种基于多层结构的毫米波阵列天线，在提高增益的同时，实现毫米波阵列天线的小型化；包括m×n个天线单元、上下层叠的第一介质板和第二介质板，在第一介质板上表面印制有内部接地板，在第二介质板下表面印制有外部接地板，在内部接地板上蚀刻有m×n个辐射缝隙，天线单元固定在内部接地板上，且位于辐射缝隙的正上方，在第一介质板和第二介质板之间设置有馈电网络，用于对天线单元进行耦合馈电；天线单元包括多层介质板，每层介质板上表面印制有金属板，每层金属板的平面中心处设置有圆形开口，相邻金属板之间通过环绕圆形开口外侧的金属化通孔连接，形成口径面自下而上逐渐变大的圆形喇叭结构。

Millimeter wave array antenna based on multilayer structure

The invention provides a millimeter wave antenna array based on multi-layer structure, in improving the gain and achieve the miniaturization of millimeter wave antenna array; includes a first dielectric plate and second medium plate m * N antenna unit, on the stack, in the first medium plate surface is printed with the internal ground floor, second the medium plate surface is printed with the external floor, inside the ground floor is m * n etching slots, the antenna unit is fixed on the inner ground floor is and is located above the gap between the first radiation, medium plate and second medium plate is provided with a feed network for coupled to an antenna element antenna; unit includes a multilayer panel, each layer of medium plate surface is printed with a metal plate, the plane at the center of each layer of the metal plate is provided with a circular opening between adjacent metal plate surrounded by circular openings The side is metallized through a hole connection to form a circular horn structure which is gradually enlarged from the bottom to the bottom.

【技术实现步骤摘要】
基于多层结构的毫米波阵列天线
本专利技术属于天线
，涉及一种毫米波阵列天线，具体涉及一种基于多层结构的毫米波阵列天线，可用于车载装置等无线通信领域。
技术介绍
随着现代无线通信系统在世界范围内的迅猛发展，对天线的要求越来越高。如雷达天线，一般要求方向性强、增益高、体积小等，单个天线无法达到要求，就需要组建阵列天线。阵列天线是现代雷达和通信系统中常见的一种天线形式。在阵列天线设计中，增益、尺寸是重要的性能指标。增益高则直接增加作用距离；口径尺寸越大，则天线增益越高，但所需安装天线的空间就越大。因此如何减小阵列天线尺寸，又保持阵列天线的高增益性是阵列天线设计的难点。喇叭天线作为优秀的毫米波阵列天线辐射单元，在卫星、相控阵等方面获得了非常广泛的应用。通常为了实现喇叭天线的小型化，需要减小喇叭终端口径的面积和喇叭长度，但这样同时降低了喇叭天线的增益。这些限制使得喇叭天线的小型化设计和性能提升无法兼顾。现有技术多通过在介质层内部设置空气腔体，用于减小毫米波频段由表面波和介质基板引起的损耗以此提高天线的增益，形成竖直喇叭结构和矩形波导，来实现喇叭天线的小型化和高增益设计。如：2014年，IEEETransactionsonAntennaandPropagation刊登了TakuroTajima等人题为“300-GHzStep-ProfiledCorrugatedHornAntennasIntegratedinLTCC”的文章中，公开了一种毫米波矩形喇叭天线，通过基片集成波导技术，使用空气腔体和金属化通孔阵列在介质层中形成空心馈电波导和矩形喇叭结构，减小了毫米波频段的介质损耗并且提高了天线的辐射效率，使喇叭天线的增益达到18dBi，同时缩短了喇叭开口的长度，天线整体尺寸为5λ×5λ×2.8λ，但是天线的尺寸仍然较大且增益较低，不利于阵列天线的小型化和高增益设计，其中λ为空气中波长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于多层结构的毫米波阵列天线，通过辐射缝隙对圆形辐射口径的天线单元进行耦合馈电，在有效提高天线增益的同时，实现毫米波阵列天线的小型化。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于多层结构的毫米波阵列天线，包括m×n个天线单元1、上下层叠的第一介质板3和第二介质板4，所述第一介质板3的上表面印制有内部接地板2，所述第二介质板4的下表面印制有外部接地板5，所述内部接地板2上蚀刻有m×n个辐射缝隙21，所述天线单元1固定在内部接地板2上，且位于辐射缝隙21的正上方，所述第一介质板3和第二介质板4之间设置有馈电网络6，用于通过辐射缝隙21对天线单元1进行缝隙耦合馈电，其中，m≥2,n≥2，所述天线单元1包括多层介质板11，每层介质板11的上表面印制有金属板12，每层金属板12的平面中心处设置有圆形开口，相邻金属板12之间通过环绕圆形开口外侧的多个金属化通孔13连接，形成口径面自下而上逐渐变大的圆形喇叭结构。上述基于多层结构的毫米波阵列天线，所述辐射缝隙21，采用H型结构；所述第一介质板3和第二介质板4，其上分别设置有m×n个矩形排列的金属化通孔7，用于减小馈电网络6的插入损耗；所述矩形排列的金属化通孔7，其几何中心位于天线单元1的中心轴线上；所述辐射缝隙21，其几何中心位于天线单元1的中心轴线上。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术的天线单元包括多层介质板，在每层介质板的上表面印制有圆形开口的金属板，这些圆形开口组成自下而上逐渐变大的圆形喇叭结构，其相位中心到圆形口径面的沿边射径与沿轴射径之差相等，降低了副瓣出现的几率，同时扩大喇叭口径面，提高方向性，与现有技术中采用的矩形口径面相比，有效的提高了天线增益。(2)本专利技术天线单元的馈电是通过馈电网络对H型辐射缝隙耦合实现的，降低了馈电结构对阵列方向图的干扰，避免馈电带来的寄生辐射，同时在第一介质板和第二介质板上设置有矩形排列的金属化通孔，减小了馈电网络的插入损耗，与现有技术中采用波导馈电相比，缩短了喇叭天线长度，有效的实现了阵列天线小型化。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例天线单元的侧视图；图3是本专利技术的辐射缝隙的俯视图；图4是本专利技术实施例第一介质板和第二介质板的俯视图；图5是本专利技术实施例天线单元、辐射缝隙和矩形排列的金属化通孔的位置关系图；图6是本专利技术实施例馈电网络的俯视图；图7是本专利技术实施例馈电网络的局部放大图；图8是本专利技术实施例的工作频率与反射系数S11的仿真图；图9是本专利技术实施例在31GHz的E面方向图；图10是本专利技术实施例在31GHz的H面方向图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步描述。参照图1，一种基于多层结构的毫米波阵列天线，包括4×8个天线单元1、上下层叠的第一介质板3和第二介质板4，所述天线单元1的厚度为H1＝1.248mm，所述第一介质板的厚度为H2＝0.096mm，所述第二介质板的厚度为H3＝0.48mm，所述第一介质板3的上表面印制有内部接地板2，所述第二介质板4的下表面印制有外部接地板5，所述内部接地板2上蚀刻有4×8个辐射缝隙21，如图3所示，所述天线单元1固定在内部接地板2上，且位于辐射缝隙21的正上方，如图5所示，所述第一介质板3和第二介质板4之间设置有馈电网络6，如图6所示，用于通过辐射缝隙21对天线单元1进行缝隙耦合馈电，所述第一介质板3和第二介质板4，其上分别设置有4×8个矩形排列的金属化通孔7，如图4所示，其中阵元横向间距dx＝8mm，纵向间距dy＝6mm。所述天线单元1，如图2所示，包括13层介质板11，每层介质板11的上表面印制有金属板12，每层金属板12的平面中心处设置有圆形开口，相邻金属板12之间通过环绕圆形开口外侧的多个金属化通孔13连接，用于抑制表面波的产生和传播，减少毫米波频段的介质损耗和导体损耗并降低天线间的耦合，形成口径面自下而上逐渐变大的圆形喇叭结构，其相位中心到圆形口径面的沿边射径与沿轴射径之差相等，降低了副瓣出现的几率。参照图2，所述天线单元1的介质板11厚度为0.096mm，金属板12对应的圆形开口半径R1为2.62mm，R2为2.48mm，R3为2.34mm，R4为2.20mm，R5为2.06mm，R6为1.92mm，R7为1.78mm，R8为1.64mm，R9为1.50mm，R10为1.36mm，R11为1.22mm，R12为1.08mm，R13为1.06mm。环绕圆形开口外侧的多个金属化通孔13包括V1～V5，其中V1和V5厚度为两层介质板11，V2、V3和V4厚度为三层介质板11。参照图3，所述辐射缝隙21，采用H型对称结构，其尺寸L1为1.59mm，L2为0.28mm，W1为0.13mm，用于改善天线的阻抗匹配特性，扩展天线工作带宽，并且将天线单元1与馈电网络6隔离，避免馈电带来的寄生辐射。参照图4，所述第一介质板3和第二介质板4，其上分别设置有4×8个矩形排列的金属化通孔7，其尺寸为L3＝3.2mm，宽为W2＝2.7mm，用于减小馈电网络6的插入损耗。参照图5，所述矩形排列的金属化通孔阵列7，其几何中心位于天线单元1的中心轴线上，所述辐射缝隙21，其几何中心位于天线单元1的中心轴线上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多层结构的毫米波阵列天线，包括m×n个天线单元(1)、上下层叠的第一介质板(3)和第二介质板(4)，所述第一介质板(3)的上表面印制有内部接地板(2)，所述第二介质板(4)的下表面印制有外部接地板(5)，所述内部接地板(2)上蚀刻有m×n个辐射缝隙(21)，所述天线单元(1)固定在内部接地板(2)上，且位于辐射缝隙(21)的正上方，所述第一介质板(3)和第二介质板(4)之间设置有馈电网络(6)，用于通过辐射缝隙(21)对天线单元(1)进行缝隙耦合馈电，其中，m≥2,n≥2，其特征在于，所述天线单元(1)包括多层介质板(11)，每层介质板(11)的上表面印制有金属板(12)，每层金属板(12)的平面中心处设置有圆形开口，相邻金属板(12)之间通过环绕圆形开口外侧的多个金属化通孔(13)连接，形成口径面自下而上逐渐变大的圆形喇叭结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于多层结构的毫米波阵列天线，包括m×n个天线单元(1)、上下层叠的第一介质板(3)和第二介质板(4)，所述第一介质板(3)的上表面印制有内部接地板(2)，所述第二介质板(4)的下表面印制有外部接地板(5)，所述内部接地板(2)上蚀刻有m×n个辐射缝隙(21)，所述天线单元(1)固定在内部接地板(2)上，且位于辐射缝隙(21)的正上方，所述第一介质板(3)和第二介质板(4)之间设置有馈电网络(6)，用于通过辐射缝隙(21)对天线单元(1)进行缝隙耦合馈电，其中，m≥2,n≥2，其特征在于，所述天线单元(1)包括多层介质板(11)，每层介质板(11)的上表面印制有金属板(12)，每层金属板(12)的平面中心处设置有圆形开口，相邻金属板(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：董刚，余森，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61