專利名稱：介質(zhì)基片集成單脈沖天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在通信系統(tǒng)的天線和饋電模塊中應(yīng)用的天線，尤其涉及一種介質(zhì)基片集成單脈沖天線。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的單脈沖天線的實(shí)現(xiàn)方法是使用相互交錯(cuò)的兩組金屬波導(dǎo)縫隙陣列，一組用偶模激勵(lì)，另一組用奇模激勵(lì)。這兩組波導(dǎo)縫隙陣列的幅度分布相同，它們各自對于遠(yuǎn)區(qū)散射場的貢獻(xiàn)相同。由于這兩組激勵(lì)相互正交，所以它們所產(chǎn)生的單脈沖增益不受影響，保持較高的水平。而且由于兩組陣列的縫隙配置基本相同，這就使得兩組波導(dǎo)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(shí)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?qū)崟r(shí)偵知反射物體所在的方向，因此這種天線在雷達(dá)系統(tǒng)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的單脈沖天線所用的金屬波導(dǎo)體積較大、重量很重、移動(dòng)困難；其材料成本較高、加工成本昂貴，而且由于其移動(dòng)困難造成了相關(guān)的機(jī)械成本的增加；更不便的是，金屬波導(dǎo)的制造精度無法保證成品天線工作正常，這樣在加工完成后還需要一個(gè)調(diào)整過程以修正誤差，就造成了批量生產(chǎn)的困難。這些缺陷使得此類天線造價(jià)極為昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種易于生產(chǎn)、尤其是易于批量生產(chǎn)且制造精度高、并能提高天線性能的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)探知反射物體所在方向。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于無線通信、雷達(dá)、電子導(dǎo)航與電子對抗等電子設(shè)備的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，包括介質(zhì)基片板，在介質(zhì)基片板的正反兩面均設(shè)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(zhì)基片板和金屬箔設(shè)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(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明是在一塊介質(zhì)基片上形成了整個(gè)天線和饋電系統(tǒng)。首先，通過在介質(zhì)基片上打多排金屬通孔形成多個(gè)平行的介質(zhì)基片集成波導(dǎo)，這種波導(dǎo)工作于主模狀態(tài)時(shí)具有和矩形金屬波導(dǎo)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(jù)實(shí)際要求確定。然后在介質(zhì)基片的表面金屬層上蝕刻出縫隙陣列，每個(gè)縫隙的長度和位置都可以通過精確地計(jì)算確定，使其滿足有源導(dǎo)納諧振條件并位于短路波導(dǎo)中駐波的波峰上。這樣形成的波導(dǎo)縫隙陣列被完全集成在一塊介質(zhì)基片上，而且成熟的PCB、LTCC等加工工藝保證了制造的精度和可靠性。最后利用微帶環(huán)形電橋和微帶功分器組成的饋電網(wǎng)絡(luò)，再通過低損耗的微帶一介質(zhì)基片集成波導(dǎo)連接，把功率饋入介質(zhì)基片集成波導(dǎo)中，獲得和差波束。本發(fā)明把饋電網(wǎng)絡(luò)和波導(dǎo)縫隙陣列集成到同一塊介質(zhì)基片上。本發(fā)明具有如下具體優(yōu)點(diǎn)1)單脈沖增益較高，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(yīng)用于各種雷達(dá)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
2)體積小、重量輕、易于集成、加工成本低。這種介質(zhì)基片集成單脈沖天線完全在一塊介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)整個(gè)天線和饋電系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)縫隙陣列天線比較，它的體積和重量都要小得多。而且由于可以利用成熟的PCB、LTCC等工藝技術(shù)加工，使其加工成本大大降低。
3)制造精度高，可以批量生產(chǎn)。PCB等制造工藝的精度要大大優(yōu)于金屬波導(dǎo)的制作和開槽工藝。這就保證了每次加工出的天線都能符合設(shè)計(jì)要求，不需要修正誤差的過程。這樣為大規(guī)模批量生產(chǎn)提供了可能。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)主視圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)后視圖。
圖4是本發(fā)明的金屬化通孔結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明和差器結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖6是本發(fā)明第一端口饋電的H面歸一化輻射方向圖的計(jì)算和測試結(jié)果比較圖。
圖7是本發(fā)明第三端口饋電的E面歸一化輻射方向圖的計(jì)算和測試結(jié)果比較圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種用于無線通信、雷達(dá)、電子導(dǎo)航與電子對抗等電子設(shè)備的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，其特征在于包括介質(zhì)基片板1，在介質(zhì)基片板1的正反兩面均設(shè)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(zhì)基片板1和金屬箔5、6設(shè)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(nèi)。
實(shí)施例2本發(fā)明利用微帶環(huán)形3dB電橋來實(shí)現(xiàn)單脈沖天線所需的和差波束。令上圖中的2端口和4端口連接接收天線，接收到的信號在1端口疊加形成和波束，在3端口相減形成差波束。微帶環(huán)形電橋和基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線一起形成整個(gè)天饋系統(tǒng)，并可以集成到一塊PCB基片上實(shí)現(xiàn)。單脈沖天線的設(shè)計(jì)的工作頻率在X波段，中心頻率10GHz。采用介電常數(shù)εr＝2.4的介質(zhì)基片，基片的厚度為1.5mm，基片的介質(zhì)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(huán)帶的特性阻抗為引出臂的 倍，為104.57Ω。由此可以進(jìn)一步得到環(huán)帶的寬度W2＝1.19mm。我們知道微帶電橋環(huán)帶的總長度為540度，根據(jù)環(huán)帶的特性阻抗等條件可以得到環(huán)帶的總長度為32.38mm。由此可知環(huán)帶的半徑等于5.15mm，其中內(nèi)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(huán)形電橋相連的是一個(gè)4行8列等幅分布基片集成波導(dǎo)縫隙陣列。基片集成波導(dǎo)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(dǎo)中心線的位移可見下表

本發(fā)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(jìn)入基片集成波導(dǎo)，再經(jīng)過微帶一介質(zhì)基片集成波導(dǎo)連接進(jìn)入各個(gè)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(huán)形電橋的作用下產(chǎn)生和差波束即為接收信號。其中基片集成波導(dǎo)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(gè)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(fā)射天線的工作過程與之相反。
權(quán)利要求
1.一種用于無線通信、雷達(dá)、電子導(dǎo)航與電子對抗等電子設(shè)備的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，其特征在于包括介質(zhì)基片板(1)，在介質(zhì)基片板(1)的正反兩面均設(shè)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(zhì)基片板(1)和金屬箔(5、6)設(shè)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(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于無線通信、雷達(dá)、電子導(dǎo)航與電子對抗等電子設(shè)備的介質(zhì)基片集成單脈沖天線，包括介質(zhì)基片板，在介質(zhì)基片板的正反兩面均設(shè)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(zhì)基片板和金屬箔設(shè)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(nèi)；本發(fā)明具有易于生產(chǎn)、尤其是易于批量生產(chǎn)且制造精度高、并能提高天線性能等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)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(yōu)先權(quán)日2005年6月8日
發(fā)明者顏力, 洪偉, 吳柯, 陳繼新, 華光 申請人:東南大學(xué)