一种宽带圆极化天线及其制备方法

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种宽带圆极化天线及其制备方法。

背景技术

随着毫米波通信的飞速发展，频段越来越高，通信带宽也越来越宽，相控阵终端设备小型化需求越来越高，使得天线的设计面临严峻的挑战。传统的振子类天线已不再适用于此类高集成度产品，最合适的微带天线也面临相对带宽窄，不满足宽频带通信需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带圆极化天线及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明第一方面提供：一种宽带圆极化天线，包括下层印制板，所述下层印制板上设置有中层镂空结构件，所述中层镂空结构件上设置有上层印制板，所述下层印制板靠近中层镂空结构件的一面设置有下层辐射贴片，所述上层印制板靠近中层镂空结构件的一面设置有上层辐射贴片，所述上层辐射贴片和下层辐射贴片为天线辐射单元，所述中层镂空结构件中间设置有镂空腔室，下层辐射贴片与上层辐射贴片之间通过镂空腔室将空气作为天线辐射介质的一部分。

优选的，所述的中层镂空结构件还设置有天线透气槽，所述天线透气槽连接外部空气与镂空腔室，避免镂空腔室内的空气随温度变化膨胀。

优选的，所述的天线透气槽为四个，对称设置在所述中层镂空结构件四周。

优选的，所述的下层印制板还设置有天线馈电孔，所述下层印制板集成天线辐射单元与天线馈电孔，降低了天线剖面厚度。

优选的，所述下层印制板下方还设置有弹性SMP连接器，用于馈电。

优选的，所述的上层印制板是介电常数为2.2的RO5880板材；所述中层镂空结构件是介电常数为1的空气；所述下层印制板是介电常数为3.6的M6板材。

优选的，所述的上层印制板、中层镂空结构件及下层印制板之间焊接或通过导电胶粘接。

本发明第二方面提供：一种宽带圆极化天线制备方法，用于制备上述任一种宽带圆极化天线，包括以下步骤：上层印制板、中层镂空结构件和下层印制板分别进行加工，加工完成后进行以下子步骤：

S1：先将下层印制板与天线载板通过焊锡烧结方式结合；

S2：然后将中层镂空结构件与下层印制板通过对位销对位后，采用导电银浆或者低温焊锡进行结合；

S3：最后将中层镂空结构件与上层印制板通过对位销对位后，采用导电银浆或者低温焊锡进行结合。

优选的，制备过程中均采用天线透气槽保护工艺，避免制作过程中镂空腔室内的空气随温度变化导致爆板。

本发明的有益效果是：

1）天线由上层辐射贴片印制板、中层镂空结构件、下层辐射贴片馈电印制板共同组成，其中中层镂空结构件作为核心部件，将空气作为天线辐射介质的一部分，不仅降低天线所需介质厚度，还提高微带天线的相对带宽，解决天线互耦问题。

2）通过粘接或者焊接工艺进行制备，将天线三部分结合为一体，不仅可以解决微带天线相对带宽问题，还具有工艺简便，成本低廉，加工周期短等优点。

3）可解决传统天线相对带宽窄的问题，天线回波损耗小于-10dB的相对带宽可达31%。

附图说明

图1为本发明宽带圆极化天线结构图；

图2为异质印制板射频互联图；

图3为本发明宽带圆极化天线剖面结构图；

图4为本发明宽带圆极化天线制备图；

图5为单一介质与多介质叠加的相对带宽对比图；

图中，1-上层辐射贴片；2-下层辐射贴片；3-天线馈电孔；4-上层印制板；5-中层镂空结构件；6-下层印制板；7-天线透气槽；8-中层镂空结构件表底层图形；9-天线载板，10-弹性SMP连接器，11-粘接或烧结结合面。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此天线三维结构如图1所示，天线由上层辐射贴片印制板、中层镂空结构件、下层辐射贴片馈电印制板共同组成。天线在常规微带天线的双层辐射贴片中引入了超低剖面镂空结构件，将空气作为天线辐射介质的一部分，不仅降低天线所需介质厚度，还提高微带天线的相对带宽。天线三部分分别独立加工，通过常规焊接工艺或导电胶粘接工艺将三部分结合为一体。

参阅图1-图5，本发明提供一种技术方案：本发明第一方面提供：一种宽带圆极化天线，包括下层印制板，所述下层印制板上设置有中层镂空结构件，所述中层镂空结构件上设置有上层印制板，所述下层印制板靠近中层镂空结构件的一面设置有下层辐射贴片，所述上层印制板靠近中层镂空结构件的一面设置有上层辐射贴片，所述上层辐射贴片和下层辐射贴片为天线辐射单元，所述中层镂空结构件中间设置有镂空腔室，下层辐射贴片与上层辐射贴片之间通过镂空腔室将空气作为天线辐射介质的一部分。

在一些实施例中，所述的中层镂空结构件还设置有天线透气槽，所述天线透气槽连接外部空气与镂空腔室，避免镂空腔室内的空气随温度变化膨胀。

在一些实施例中，所述的天线透气槽为四个，对称设置在所述中层镂空结构件四周。

在一些实施例中，所述的下层印制板还设置有天线馈电孔，所述下层印制板集成天线辐射单元与天线馈电孔，降低了天线剖面厚度。

在一些实施例中，所述下层印制板下方还设置有弹性SMP连接器，用于馈电。

在一些实施例中，所述的上层印制板是介电常数为2.2的RO5880板材；所述中层镂空结构件是介电常数为1的空气；所述下层印制板是介电常数为3.6的M6板材。

一般微带天线相对带宽很窄，不满足毫米波的宽带通信需求。本发明引入了超低剖面镂空结构件，将空气作为天线辐射介质的一部分，不仅降低天线所需介质厚度，还提高微带天线的相对带宽。上层印制板采用介电常数较低的板材，增加天线的带宽，减小能量传输损耗。中层镂空结构件作为本天线核心部件，其不仅是天线的主体支撑件，也是电性能的关键；它不但要解决带宽问题，还要起到天线接地与解决互耦等作用。镂空结构件实现方式较多，可以是金属类结构件，也可以是上下面铺铜的印制板，还可以是表面具有镀层的其他介质。下层印制板则使用常规介电常数的板材，集成天线辐射单元与馈电接口，降低天线剖面厚度。此天线各个部分均独立加工，不仅可以解决微带天线带宽问题，还可以大大降低天线印制板加工难度，缩短加工周期，从而降低产品成本。

在一些实施例中，所述的上层印制板、中层镂空结构件及下层印制板之间焊接或通过导电胶粘接。

本发明第二方面提供：一种宽带圆极化天线制备方法，用于制备上述任一种宽带圆极化天线，包括以下步骤：上层印制板、中层镂空结构件和下层印制板分别进行加工，加工完成后进行以下子步骤：

S1：先将下层印制板与天线载板通过焊锡烧结方式结合；

S2：然后将中层镂空结构件与下层印制板通过对位销对位后，采用导电银浆或者低温焊锡进行结合；

S3：最后将中层镂空结构件与上层印制板通过对位销对位后，采用导电银浆或者低温焊锡进行结合。

在一些实施例中，制备过程中均采用天线透气槽保护工艺，避免制作过程中镂空腔室内的空气随温度变化导致爆板。

此制备方法采用低成本工艺路线进行制备，制备方案具体实施为天线上层辐射贴片印制板、中层镂空结构件、下层辐射贴片馈电印制板三部分分别进行加工，天线下层印制板与天线载板通过焊锡烧结方式相结合，再将中层镂空结构件与下层印制板通过对位销对位后再采用导电银浆或者低温焊锡进行结合，结合过程中注意天线透气槽的保护工艺，透气槽的作用，在制备过程和实际使用时，避免镂空腔室内的空气随温度变化导致印制板出现爆板问题，最后采用相同的对位方式将上层印制板进行结合，从而使整个天线完成结合，完成结合的天线馈口则采用弹性SMP进行馈电。此制备方法不仅剖面低指标好，还成本低廉、工艺简便、加工周期短。

图5为单一介质与多介质叠加的相对带宽对比图，横坐标是频率，纵坐标是增益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。