基于LTCC技術(shù)的毫米波天線研究.pdf

1、為了滿足當(dāng)前信息社會(huì)對(duì)無線電頻譜資源的迫切需求,現(xiàn)代通信、雷達(dá)、制導(dǎo)及導(dǎo)航等系統(tǒng)的工作頻率已逐步由微波頻段擴(kuò)展到毫米波頻段,并且其集成度越來越高,體積越來越小,這就對(duì)天線的小型化提出了更高的要求。低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)憑借其多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)為毫米波天線實(shí)現(xiàn)小型化提供了技術(shù)支撐,采用LTCC技術(shù)制成的毫米波天線具有高集成度、體積小、重量輕、成本低、使用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)點(diǎn)。目前,LTCC天線已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)課題之一。本論文研究的主要內(nèi)容

2、包括:
　　1.基于LTCC技術(shù)的喇叭型微帶天線研究
　　利用傳輸線模型分析了LTCC縫隙耦合貼片天線的輻射機(jī)理,并分析了各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)天線性能的影響。針對(duì)微帶天線增益較低的缺點(diǎn),提出了采用層疊矩形環(huán)來模擬喇叭天線的輻射進(jìn)而提高微帶天線增益的方法。利用LTCC的多層技術(shù),設(shè)計(jì)了一個(gè)喇叭型微帶天線,在傳統(tǒng)微帶貼片天線的上方增加層疊的逐漸張開的矩形環(huán)作為引向器來引導(dǎo)電磁波向邊射方向輻射。分析表明通過合理選取寄生環(huán)的尺寸及位置,能

3、夠使得電磁波經(jīng)過多次反射后,在邊射方向上相互疊加,在反方向上相互抵消,從而有效地提高了天線的增益。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該天線在36.7GHz的中心頻率上獲得了8.1dBi的較高增益(包含了饋電部分的損耗),比單個(gè)貼片天線的增益提高了3dB左右。相比于常用的采用平面陣列天線來提高增益的方式,這種方法可以大大減小天線的體積。
　　2.基于LTCC技術(shù)的多層寄生貼片天線研究
　　針對(duì)微帶天線帶寬窄及增益相對(duì)較低的缺點(diǎn),提出了采用V型寄生

4、貼片或E型寄生貼片來同時(shí)改善微帶天線帶寬和增益的方法。在LTCC多層基板上分別設(shè)計(jì)了一個(gè)V型寄生貼片天線和一個(gè)E型寄生貼片天線。V型寄生貼片天線采用呈V字形張開的層疊寄生貼片作為引向器來引導(dǎo)電磁波進(jìn)行定向輻射,從而提高天線的增益;同時(shí),寄生貼片自身與地面也形成諧振腔,其諧振頻率與主輻射貼片的諧振頻率相互靠近時(shí),兩個(gè)諧振帶寬相互交叉,從而展寬了天線的帶寬。E型寄生貼片天線則在主輻射貼片的上方增加四個(gè)E型寄生貼片,寄生貼片一方面作為引向器引

5、導(dǎo)電磁波進(jìn)行定向輻射來提高天線增益,另一方面,寄生貼片上的縫隙使得寄生貼片上的電流路徑加長(zhǎng),對(duì)應(yīng)的諧振頻率降低。該諧振頻率與主輻射貼片的諧振頻率相互靠近時(shí),天線的帶寬也得到了展寬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,V型寄生貼片天線獲得了16％的相對(duì)帶寬,并在中心頻率35GHz處實(shí)現(xiàn)了8dBi的增益;E型寄生貼片獲得了28％的相對(duì)帶寬,帶寬內(nèi)各頻點(diǎn)的增益均大于6dBi,在36GHz處獲得最大值7.1dBi。以上面兩種天線為陣元,分別設(shè)計(jì)了一個(gè)二元E型寄生貼片

6、天線陣、一個(gè)四元V型寄生貼片天線陣以及一個(gè)八元低副瓣波束掃描陣,這些天線陣也都獲得了較寬的帶寬和較好的輻射性能。
　　3.基于LTCC技術(shù)的高性能準(zhǔn)八木天線研究
　　針對(duì)傳統(tǒng)八木天線帶寬窄、不易集成并且很難應(yīng)用在微波毫米波頻段的特點(diǎn),提出了兩種采用多層結(jié)構(gòu)的引向單元來提高準(zhǔn)八木天線輻射性能的方法。利用LTCC的多層技術(shù),在毫米波頻段分別設(shè)計(jì)了一個(gè)準(zhǔn)八木振子天線和一個(gè)準(zhǔn)八木環(huán)形天線。這兩種準(zhǔn)八木天線的引向器都是多層結(jié)構(gòu)的,可以

7、獲得比平面準(zhǔn)八木天線的引向器更好的引向作用,從而使準(zhǔn)八木天線在端射方向上獲得了更高的增益。
　　4.基于LTCC技術(shù)的同層過渡研究
　　針對(duì)垂直過渡經(jīng)常出現(xiàn)通孔錯(cuò)位而引入較大傳輸損耗的缺點(diǎn),提出了兩種結(jié)構(gòu)新穎的同層過渡結(jié)構(gòu)對(duì)天線進(jìn)行饋電,提高了天線設(shè)計(jì)的可靠性。采用微帶線到帶狀線的同層過渡結(jié)構(gòu)對(duì)喇叭型微帶天線進(jìn)行饋電,采用微帶線到共面帶狀線的同層過渡(同時(shí)起到了巴倫的作用)對(duì)多層準(zhǔn)八木天線饋電。這兩個(gè)過渡具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單