一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线，属于天线领域。该天线包括接地介质基板、复合左右手微带传输线和氧化铝陶瓷块三部分构成，其中复合左右手微带传输线由介质基板正面的50欧姆矩形微带线、周期性排列的矩形缝隙、短路钉匹配枝节组成。由于引入的矩形缝隙可等效为磁偶极子，其E面远场方向图具有全向性，当波束指向远离边射方向时，能够弥补增益的损失，因此具备大角度扫描特性，有效增加信号覆盖率。同时，引入的氧化铝陶瓷材料具有高介电常数、高品质因数和低损耗特性，相比于传统的漏波天线，天线尺寸大大缩小，并能够保持较高的天线的辐射效率。并能够保持较高的天线的辐射效率。并能够保持较高的天线的辐射效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线


[0001]本专利技术属于天线领域，涉及一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线。

技术介绍

[0002]漏波天线属于行波天线范畴，其特点为波束具有高指向性且可随频率变化而扫描。近年来随着无线通信的迅猛发展，漏波天线应用场景大大增加，对其性能指标提出了更高的要求。一方面，设计漏波天线如同相控阵天线一样，需要获得更大的波束扫描范围以满足信号空间覆盖率的要求；另一方面是在不影响天线性能的前提下实现天线的结构紧凑，由弗洛凯周期定理可知，传统的周期性漏波天线利用高次模工作时，其单元间距不小于工作频率半波长的整数倍，因此，天线整体尺寸难以减小；而对于另一类基于复合左右手材料的准周期漏波天线，交指电容、平行板电容结构能够提供的单位长度电容量有限且辐射效率不高，同样不易实现尺寸缩减。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线，它能够实现波束从前向到后向连续性大角度扫描(超过
±
60
°
)，同时具有紧凑化、高效率、结构简单等特点。
[0004]为达到上述目标，本专利技术解决所述技术问题的技术方案是：设计一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线，其特征在于，该天线包括接地介质基板、复合左右手微带传输线和氧化铝陶瓷块三部分，其中：
[0005]接地介质基板即为背面全覆铜的介质基板，支持主模为准横电磁波传播；
[0006]复合左右手微带传输线由设置在接地介质基板正面的50欧姆矩形微带线、短路钉匹配枝节组成，50欧姆矩形微带线上设置有周期性排列的矩形缝隙，矩形缝隙为沿50欧姆矩形微带线的宽度方向，矩形缝隙将50欧姆矩形微带线沿长度方向截成若干段；
[0007]在每一个矩形缝隙的上方通过导电银胶粘贴有一个氧化铝陶瓷块，氧化铝陶瓷块的中心与矩形缝隙的中心的连线垂直于接地介质基板表面；在每一个氧化铝陶瓷块的左侧前方的50欧姆矩形微带线和右侧后方的50欧姆矩形微带线上各向外延伸有一个短路钉匹配枝节，各短路钉匹配枝节均相等且均与50欧姆矩形微带线垂直；
[0008]短路钉匹配枝节为微带线，其末端设置的短路钉穿过接地介质基板且与其背面的接地面相连；左侧的两个相邻的短路钉匹配枝节之间的距离与右侧的两个相邻的短路钉匹配枝节之间的距离相等；将同一侧的两个相邻的短路钉匹配枝节及其之间的部分称为天线的一个周期单元结构；
[0009]信号从50欧姆矩形微带线的长度方向的一端输入，其另一端连接匹配负载；其中矩形缝隙的作用是提供左手电容(C
se
)并实现电磁波的泄露；短路钉匹配枝节作用为提供左手电感(L
sh
)。
[0010]与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：
[0011]1、由于引入的矩形缝隙可等效为磁偶极子，其E面远场方向图具有全向性，当波束指向远离边射方向时，能够弥补增益的损失，因此具备大角度扫描的潜质。
[0012]2、氧化铝陶瓷具有高介电常数，当氧化铝陶瓷块叠放在矩形缝隙上时，可大大增加单位长度左手电容值；同时，氧化铝陶瓷块具有低损耗特性，能够有效被矩形缝隙所激励，使得漏波泄露速率得到有效提高，进而提高了漏波天线的等效口径。以上两个方面均有利于天线的紧凑化和高辐射效率。
[0013]3、氧化铝陶瓷具有高品质因数，能够有效汇聚电磁波能量，减少电磁能量在介质基板的耗散和增加矩形缝隙间的辐射隔离度，从而降低了辐射方向图的畸变。
附图说明
[0014]图1是本专利技术天线一种实施例的结构示意图。(图中：1
‑
接地介质基板、2
‑
50欧姆矩形微带线、3
‑
矩形缝隙、4
‑
短路钉匹配枝节、5
‑
氧化铝陶瓷块；为了方便看到矩形缝隙，图中已去掉一个氧化铝陶瓷块)。
[0015]图2是本专利技术实施例1中的天线一个周期单元结构的仿真色散图。
[0016]图3是本专利技术实施例1中的天线在频段4.5
‑
8GHz下的天线S参数。
[0017]图4是本专利技术实施例1中的天线在频率4.8GHz、5.2GHz、5.8GHz、6.9GHz和7.9GHz下天线E面共极化(Co
‑
pol)和交叉极化(Cross
‑
pol)辐射方向图。
具体实施方式
[0018]本专利技术提供一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线(简称天线)，其特征在于，该天线包括接地介质基板、复合左右手微带传输线和氧化铝陶瓷块三部分，其中：
[0019]接地介质基板即为背面全覆铜的介质基板，支持主模为准横电磁波传播。
[0020]复合左右手微带传输线由设置在接地介质基板正面的50欧姆矩形微带线、短路钉匹配枝节组成，50欧姆矩形微带线上设置有周期性排列的矩形缝隙，矩形缝隙为沿50欧姆矩形微带线的宽度方向，矩形缝隙将50欧姆矩形微带线沿长度方向截成若干段；在每一个矩形缝隙的上方通过导电银胶粘贴有一个氧化铝陶瓷块，氧化铝陶瓷块的中心与矩形缝隙的中心的连线垂直于接地介质基板表面。在每一个氧化铝陶瓷块的左侧前方的50欧姆矩形微带线和右侧后方的50欧姆矩形微带线上各向外延伸有一个短路钉匹配枝节，各短路钉匹配枝节均相等且均与50欧姆矩形微带线垂直；短路钉匹配枝节为微带线，其末端设置的短路钉穿过接地介质基板且与其背面的接地面相连；左侧的两个相邻的短路钉匹配枝节之间的距离与右侧的两个相邻的短路钉匹配枝节之间的距离相等。
[0021]信号从50欧姆矩形微带线的长度方向的一端输入，其另一端连接匹配负载。其中矩形缝隙的作用是提供左手电容(C
se
)并实现电磁波的泄露；短路钉匹配枝节作用为提供左手电感(L
sh
)。
[0022]氧化铝陶瓷块底面为正方形，叠放在矩形缝隙之上，其作用为辅助矩形缝隙，提高其左手电容值；此外氧化铝陶瓷块能够有效被矩形缝隙所激励，参与电磁辐射。
[0023]矩形缝隙的宽度为g，同一侧的两个短路钉匹配枝节之间的距离为p，即周期间隔
为p，短路钉匹配枝节的其长度为l，短路钉的直径为d；氧化铝陶瓷块底面边长为a，厚度为h；为了能够在指定边射工作频率f0达到平衡条件，实现前向到后向的连续扫描，需要通过调整g和h控制左手电容值C
se
，通过调整l控制左手电感值L
sh
，最终达到如下表达式要求：
[0024][0025][0026]其中，右手电感(L
se
)和右手电容(C
sh
)由50欧姆矩形微带线自身的分布电感、电容决定，因此只需要对左手电容(C
se
)和左手电感(L
sh
)值调整来满足平衡条件，具体电容、电感值正比于如下两个表达式：
[0027][0028]L...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线，其特征在于，该天线包括接地介质基板、复合左右手微带传输线和氧化铝陶瓷块三部分，其中：接地介质基板即为背面全覆铜的介质基板，支持主模为准横电磁波传播；复合左右手微带传输线由设置在接地介质基板正面的50欧姆矩形微带线、短路钉匹配枝节组成，50欧姆矩形微带线上设置有周期性排列的矩形缝隙，矩形缝隙为沿50欧姆矩形微带线的宽度方向，矩形缝隙将50欧姆矩形微带线沿长度方向截成若干段；在每一个矩形缝隙的上方通过导电银胶粘贴有一个氧化铝陶瓷块，氧化铝陶瓷块的中心与矩形缝隙的中心的连线垂直于接地介质基板表面；在每一个氧化铝陶瓷块的左侧前方的50欧姆矩形微带线和右侧后方的50欧姆矩形微带线上各向外延伸有一个短路钉匹配枝节，各短路钉匹配枝节均相等且均与50欧姆矩形微带线垂直；短路钉匹配枝节为微带线，其末端设置的短路钉穿过接地介质基板且与其背面的接地面相连；左侧的两个相邻的短路钉匹配枝节之间的距离与右侧的两个相邻的短路钉匹配枝节之间的距离相等；将同一侧的两个相邻的短路钉匹配枝节及其之间的部分称为天线的一个周期单元结构；信号从50欧姆矩形微带线的长度方向的一端输入，其另一端连接匹配负载；其中矩形缝隙的作用是提供左手电容(C
se
)并实现电磁波的泄露；短路钉匹配枝节作用为提供左手电感(L
sh
)。2.根据权利要求1所述的一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线，其特征在于，短路钉匹配枝节的长度小于边射工作频率的四分之一波长。3.根据权利要求1所述的一种基于氧化铝陶瓷材料的紧凑型大角度扫描漏波天线，其特征在于，该天线实现在指定边射工作频率下达到平衡条件的方式为调整矩形缝隙宽度、氧化铝陶瓷块厚度以及短路钉匹配枝节长度，具体的，通过调整矩形缝隙宽度、氧化铝陶瓷块厚度控制左手电容值，通过调整短路钉匹配枝节长度控制左手电感值，最终达到如下表达式要求：达式要求：上述两个公式中：L
se
—右手电感；C
sh
—右手电容；C
se
—左手电容；L
sh
—左手电感f0—指定边射工作频率；右手电感(L
se
)和右手电容(C
sh
)由50欧姆矩形微带线自身的分布电感、电容决定，因此只需要对左手电容(C
se
)和左手电感(L
sh
)值调整来满足平衡条件，具体电容、电感值正比于如下两个表达式：L

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宏兴，李子巍，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：