一种适用于AOP毫米波相控阵的宽带圆极化阵元制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于AOP毫米波相控阵的宽带圆极化阵元，由毫米波辐射贴片、介质层和底部地板组成；所述毫米波辐射贴片位于介质层上表面的中心位置；所述底部地板位于介质层下表面，且底部地板上设有矩形缝隙结构、矩形微带馈线和BGA植球结构；所述毫米波辐射贴片通过介质层内部的金属通孔连接底部地板的矩形微带馈线。该阵元基于AOP技术通过BGA植球结构实现与射频前端的互连，具有损耗小、重量轻、低成本等特点；同时克服传统微带天线带宽较窄的缺点，解决现有星载相控阵阵元低剖面、宽覆盖的技术问题。盖的技术问题。盖的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于AOP毫米波相控阵的宽带圆极化阵元


[0001]本专利技术涉及应用于卫星互联网通信领域的星载相控阵天线技术，尤其涉及一种适用于AOP相控阵的宽带圆极化阵元。

技术介绍

[0002]星载相控阵天线技术一直是卫星互联网通信领域的研究热点。随着卫星移动通信系统的商业应用向着民用领域的普及、用户数量的急剧增多，宽带大容量通信、高速数据传输及可广域覆盖成为卫星通信发展的主流趋势。相比于传统的单个卫星，高容积比的卫星互联网星座系统更加复杂，加上毫米波的载荷对电磁环境敏感度极高，这对被称为“卫星生命线”的星载天线提出了更高的要求，设计具有极低剖面及宽带特性的星载多波束相控阵天线是适应“一箭多星”高容积比卫星互联网应用的重要保障。
[0003]然而，要构建具有极低剖面的高增益宽带相控阵天线仍需要面临诸多理论难题和技术瓶颈。首先，由于卫星微型化的发展和卫星空间资源的绝对减少，严苛限制了星载天线的包络尺寸，对相控阵阵元的小型化、轻量化的需求日益迫切。平板相控阵天线具有极低的剖面，但是星载平板相控阵阵元目前主流通过同轴电缆、SMP、SMA等传统类型连接器和毫米波前端实现电气互连，具有体积大、重量大、插损大等缺点。其次，针对卫星通信系统的宽带通信容量需求，星载天线必须具有宽带功能。目前具有宽带性能的圆极化天线如波导天线及多层微带天线等，前者天线重量体积大、成本较高，不适合微小卫星星上使用；后者结构虽然可以很大程度上实现宽带通信，但对加工工艺要求高，同时在星载高低温交变(常规约
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90度)的环境下应用时，面临因多层辐射介质与中间粘结层的热膨胀系数不一致导致分层失效的巨大风险。因此为了降低分层失效风险，采用单层微带天线无疑是更佳的选择，但常规单层微带天线仅能实现5％左右的阻抗带宽，且其圆极化带宽更窄，不能满足卫星通信宽带要求。

技术实现思路

[0004]面向高通量、高速率卫星通信的应用需求，提供一种适用于AOP毫米波相控阵的宽带圆极化阵元，是一种可于卫星应用的低成本、宽覆盖、高可靠性的相控阵天线阵元。该阵元基于AOP(Antenna on Package封装上天线)技术通过BGA(BGA的全称是Ball Grid Array(球栅阵列结构的PCB)，它是集成电路采用有机载板的一种封装法。)植球结构实现与射频前端的互连，具有损耗小、重量轻、低成本等特点；同时克服传统微带天线带宽较窄的缺点，解决现有星载相控阵阵元低剖面、宽覆盖的技术问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种适用于AOP毫米波相控阵的宽带圆极化阵元，由毫米波辐射贴片、介质层和底部地板组成；
[0006]所述毫米波辐射贴片位于介质层上表面的中心位置；
[0007]所述底部地板位于介质层下表面，且底部地板上设有矩形缝隙结构、矩形微带馈线和BGA植球结构；
[0008]所述毫米波辐射贴片通过介质层内部的金属通孔连接底部地板的矩形微带馈线。
[0009]进一步的，所述毫米波辐射贴片呈圆形，贴片边缘切4个矩形槽，所述4个矩形槽相对贴片圆心呈中心对称位置；所述贴片内侧开弧形槽，所述弧形槽的槽宽为0.1mm～0.25mm，且弧形槽圆心和贴片圆心重合。
[0010]进一步的，所述弧形槽的张角为90度～120度，且弧形槽的张角的中轴线和矩形微带馈线长边中轴线的夹角为90度或者
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90度。
[0011]进一步的，所述介质层采用抗辐照材料。
[0012]进一步的，所述金属通孔是直径0.2mm的金属圆柱，金属通孔与毫米波辐射贴片的接触面中心偏离毫米波辐射贴片的圆心，且与矩形微带馈线的接触面中心在矩形微带馈线短边中轴线上。
[0013]进一步的，所述底部地板上的矩形缝隙结构的中心和矩形微带馈线的中心重合；所述矩形缝隙结构的长度和宽度分别大于矩形微带馈线的长度和宽度，且差值是固定值0.15mm。
[0014]进一步的，所述BGA植球结构位于矩形微带馈线下表面，且BGA植球结构与矩形微带馈线的接触面中心和金属通孔与矩形微带馈线的接触面中心相对矩形微带馈线的长边中轴线对称。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]1、相控阵阵元直接通过BGA植球结构实现与射频前端的互连，具有损耗小、重量轻、低成本的特点。
[0017]2、相控阵阵元采用单层微带天线形式，结构简单，成本低，且能有效降低天线在星载高低温交变环境下的失效风险，满足星载天线高可靠性要求。
[0018]3、相控阵阵元通过弧形槽激励微带天线的高阶模，突破常规微带简并模窄带辐射模式，能有效的拓展带宽超过12％，满足星载相控阵宽覆盖的要求。
[0019]4、相控阵阵元通过贴片边缘切矩形槽实现在工作带宽内良好的圆极化辐射，结构简单，满足星载天线圆极化特性要求。
附图说明
[0020]图1本专利技术一个实施例的一种毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元的侧面结构图；
[0021]图2本专利技术一个实施例的一种毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元的正面结构图；
[0022]图3本专利技术一个实施例的一种毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元的仿真驻波比曲线；
[0023]图4本专利技术一个实施例的一种毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元的仿真增益
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频率曲线；
[0024]图5本专利技术一个实施例的一种毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元的仿真轴比
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频率曲线；
[0025]图6本专利技术一个实施例的一种毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元在27.8GHz的仿真方向图；
[0026]图7本专利技术一个实施例的一种毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元在28.8GHz的仿真方向图；
[0027]图8本专利技术一个实施例的一种毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元在31.4GHz的仿真方向图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0029]如图1和图2所示，一个毫米波AOP相控阵的宽带圆极化微带阵元，包括毫米波辐射贴片1、介质层2和底部地板3。其中，所述毫米波辐射贴片1呈半径为1.1mm的圆形，贴片边缘切4个尺寸为0.8mm*0.2mm的矩形槽101、102、103、104，相对贴片圆心呈中心对称位置。所述毫米波辐射贴片1内侧开半径为0.6mm、宽度为0.15mm、张角为96度的弧形槽11，弧形槽11的圆心和毫米波辐射贴片1的圆心重合，且张角的中轴线和矩形微带馈线32长边中轴线为90度。所述介质层2采用介电常数为3.47的抗辐照材料，尺寸为5.1mm*5.1mm*1mm，内部设有半径为0.1mm的金属通孔21连接毫米波辐射贴片1和底部地板3。所述金属通孔21与毫米波辐射贴片1的接触面中心偏离毫米波辐射贴片1的圆心0.2mm。所述底部地板3位于介质层2下表面，且底部地板3上设有矩形缝隙结构31、矩形微带馈线32和BGA植球结构33。所述矩形缝隙结构31尺寸为0.8mm*2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于AOP毫米波相控阵的宽带圆极化阵元，其特征在于：由毫米波辐射贴片、介质层和底部地板组成；所述毫米波辐射贴片位于介质层上表面的中心位置；所述底部地板位于介质层下表面，且底部地板上设有矩形缝隙结构、矩形微带馈线和BGA植球结构；所述毫米波辐射贴片通过介质层内部的金属通孔连接底部地板的矩形微带馈线。2.根据权利要求1所述的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽带圆极化阵元，其特征在于：所述毫米波辐射贴片呈圆形，贴片边缘切4个矩形槽，所述4个矩形槽相对贴片圆心呈中心对称位置；所述贴片内侧开弧形槽，所述弧形槽的槽宽为0.1mm～0.25mm，且弧形槽圆心和贴片圆心重合。3.根据权利要求2所述的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽带圆极化阵元，其特征在于：所述弧形槽的张角为90度～120度，且弧形槽的张角的中轴线和矩形微带馈线长边中轴线的夹角为90度或者
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90度。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：康湛毓，贺连星，魏晓黎，梁广，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：