基于LTCC技术的毫米波天线研究

发布时间：2018-10-25 14:54

【摘要】：为了满足当前信息社会对无线电频谱资源的迫切需求,现代通信、雷达、制导及导航等系统的工作频率已逐步由微波频段扩展到毫米波频段,并且其集成度越来越高,体积越来越小,这就对天线的小型化提出了更高的要求。低温共烧陶瓷(LTCC)技术凭借其多层结构的优势为毫米波天线实现小型化提供了技术支撑,采用LTCC技术制成的毫米波天线具有高集成度、体积小、重量轻、成本低、使用领域广泛等优点。目前,LTCC天线已成为国内外研究热点课题之一。本论文研究的主要内容包括:1.基于LTCC技术的喇叭型微带天线研究利用传输线模型分析了LTCC缝隙耦合贴片天线的辐射机理,并分析了各个设计参数对天线性能的影响。针对微带天线增益较低的缺点,提出了采用层叠矩形环来模拟喇叭天线的辐射进而提高微带天线增益的方法。利用LTCC的多层技术,设计了一个喇叭型微带天线,在传统微带贴片天线的上方增加层叠的逐渐张开的矩形环作为引向器来引导电磁波向边射方向辐射。分析表明通过合理选取寄生环的尺寸及位置,能够使得电磁波经过多次反射后,在边射方向上相互叠加,在反方向上相互抵消,从而有效地提高了天线的增益。实验结果表明,该天线在36.7GHz的中心频率上获得了8.1dBi的较高增益(包含了馈电部分的损耗),比单个贴片天线的增益提高了3dB左右。相比于常用的采用平面阵列天线来提高增益的方式,这种方法可以大大减小天线的体积。2.基于LTCC技术的多层寄生贴片天线研究针对微带天线带宽窄及增益相对较低的缺点,提出了采用V型寄生贴片或E型寄生贴片来同时改善微带天线带宽和增益的方法。在LTCC多层基板上分别设计了一个V型寄生贴片天线和一个E型寄生贴片天线。V型寄生贴片天线采用呈V字形张开的层叠寄生贴片作为引向器来引导电磁波进行定向辐射,从而提高天线的增益;同时,寄生贴片自身与地面也形成谐振腔,其谐振频率与主辐射贴片的谐振频率相互靠近时,两个谐振带宽相互交叉,从而展宽了天线的带宽。E型寄生贴片天线则在主辐射贴片的上方增加四个E型寄生贴片,寄生贴片一方面作为引向器引导电磁波进行定向辐射来提高天线增益,另一方面,寄生贴片上的缝隙使得寄生贴片上的电流路径加长,对应的谐振频率降低。该谐振频率与主辐射贴片的谐振频率相互靠近时,天线的带宽也得到了展宽。实验结果表明,V型寄生贴片天线获得了16%的相对带宽,并在中心频率35GHz处实现了8dBi的增益;E型寄生贴片获得了28%的相对带宽,带宽内各频点的增益均大于6dBi,在36GHz处获得最大值7.1dBi。以上面两种天线为阵元,分别设计了一个二元E型寄生贴片天线阵、一个四元V型寄生贴片天线阵以及一个八元低副瓣波束扫描阵,这些天线阵也都获得了较宽的带宽和较好的辐射性能。3.基于LTCC技术的高性能准八木天线研究针对传统八木天线带宽窄、不易集成并且很难应用在微波毫米波频段的特点,提出了两种采用多层结构的引向单元来提高准八木天线辐射性能的方法。利用LTCC的多层技术,在毫米波频段分别设计了一个准八木振子天线和一个准八木环形天线。这两种准八木天线的引向器都是多层结构的,可以获得比平面准八木天线的引向器更好的引向作用,从而使准八木天线在端射方向上获得了更高的增益。4.基于LTCC技术的同层过渡研究针对垂直过渡经常出现通孔错位而引入较大传输损耗的缺点,提出了两种结构新颖的同层过渡结构对天线进行馈电,提高了天线设计的可靠性。采用微带线到带状线的同层过渡结构对喇叭型微带天线进行馈电,采用微带线到共面带状线的同层过渡(同时起到了巴伦的作用)对多层准八木天线馈电。这两个过渡具有尺寸小、结构简单、工作频带宽以及损耗低等优点,这非常有利于实现小型化、高性能的LTCC天线。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN822
，

本文编号：2294016