CN103682607B - 一种高频低复杂度的ltcc螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本发明的一种高频低复杂度的LTCC螺旋天线，为利用LTCC技术依次压实的三层圆柱形生瓷带（5），在每层生瓷带（5）中通过三根金属条带（1）、长金属化过孔（2）、短金属化过孔（21）和馈电金属柱（31），以及耦合金属圆盘（3）和金属地板（4）的组合，使工作于Ka及以上频段的多臂螺旋天线得以加工实现，并且性能优异，结构简单。同时，本发明利用三臂螺旋天线的下端的耦合金属圆盘，实现了可有效调节端口阻抗，实现匹配。

Description

一种高频低复杂度的LTCC螺旋天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种基于LTCC（低温共烧陶瓷）加工工艺的谐振式三臂螺旋天线。

背景技术

螺旋天线是一种高效辐射的天线，单臂螺旋天线增益高、宽带特性使其应用广泛，四臂螺旋天线虽带宽窄，但其宽波束、圆极化轴比宽、尺寸小，对于目前的螺旋天线应用也必不可少，使其在卫星通信、导航、数据传输等方面得到了广泛应用。

螺旋天线的设计技术已经相对成熟，其中样式也是各种各样。但随着技术的进步，高数据率传输的要求，天线的工作频带越来越高.当在Ka及以上频段设计螺旋天线时，由于工作波长到了毫米量级，天线结构过于细小，出现了常规手段无法加工的难题。

LTCC加工工艺是指采用厚膜多层布线工艺，将陶瓷粉料流延成生瓷片，生瓷带经打孔、注浆填孔，根据预先设计的电路结构印刷所需要的电路图形，然后按次序把生瓷片叠压在一起，在850-900℃下将电极材料、陶瓷电路基板材料以及内埋元件一次烧结成型的新型工艺技术。在天线或电路加工中，易实现误差小的精细结构加工制造。

中国专利“一种LTCC多层陶瓷天线（CN200720107762.7）”和“多层陶瓷天线（CN200710067942.1）”、以及学位论文“LTCC芯片天线的研究和小型LTCC天线的研究与分析”、会议论文“Modelingthecharacteristicsofaninductivelycoupledplasmaantennaforuseinamicro-propulsionsystem”，给出了LTCC螺旋天线的设计，但其结构为单臂螺旋天线，工作模式为法向模的全向辐射特性和轴向模的窄波束辐射特性。

多臂螺旋与单臂螺旋工作模式不同，为谐振模式，多臂螺旋目前有双臂螺旋和四臂螺旋，双臂螺旋结构简单，但辐射波束对称性差，四臂螺旋较为复杂，但性能优异，但目前尚无基于LTCC的多臂螺旋设计，LTCC加工技术可实现的只有平面上的金属条带以及每层生瓷带中的金属化过孔，无法实现常见螺旋天线的线圈式连续环绕的样式，只能利用金属化过孔和平面金属条带实现阶梯式的环绕。设计难点主要有：（1）在设计中，每层金属条带的环绕角度成为了设计中重要指标，角度大时，可以利用较少的结构和层数实现环绕，但对螺旋天线的性能影响较大，且很难实现四臂同时环绕的四臂螺旋；角度小时，使阶梯上升更加线性，趋于线圈式的环绕，但结构明显复杂很多；这在普通螺旋天线设计中是不会遇到的问题。（2）一般螺旋天线周围不采用介质或采用低介电常数介质包围，对天线的性能影响较小，但LTCC的生瓷带本身介电常数较大，天线的各个尺寸指标都会对性能产生较大影响，使天线端口不容易实现阻抗匹配。（3）如果利用LTCC设计双臂螺旋，谐振模式下，天线的辐射波形明显对称性很差；如若利用LTCC设计四臂螺旋，因为四臂同时环绕，每层的金属条带的环绕角必须很小，使得天线结构异常复杂，LTCC加工中出现的微小误差，再结合上述难点（对于尺寸异常敏感），使会天线实现起来异常困难。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、小型化、圆极化、宽波束的高频低复杂度的LTCC螺旋天线。

本发明的技术解决方案是：一种高频低复杂度的LTCC螺旋天线，为利用LTCC技术依次压实的三层圆柱形生瓷带，具体为：第一层：于生瓷带上面利用金属条带实现的三臂螺旋天线的顶端环绕90°并在中间短接，在生瓷带内部为三根长金属化过孔；长金属化过孔的上端通过金属条带连接；第二层：生瓷带内部有三根短金属化过孔，短金属化过孔的上部通过金属条带与长金属化过孔下端连接，实现三臂环绕90°，三根短金属化过孔的下部与第三层的馈电金属柱连成一体；第三层：于生瓷带上面利用金属条带加工耦合金属圆盘，下面的金属地板覆盖整个生瓷带下表面，于生瓷带内部加工三根馈电金属柱，馈电金属柱上端连接短金属化过孔，下端透过金属地板后连接天线的馈电系统。

所述生瓷带选用A6-M。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1.本发明利用LTCC技术特点，设计了三臂螺旋天线，使工作于Ka及以上频段的多臂螺旋天线得以加工实现，并且性能优异，结构简单。

2.本发明利用LTCC加工技术的特性，对比双臂螺旋天线和四臂螺旋天线，设计了三臂螺旋天线，使其结构上同双臂螺旋天线一样简单、易实现，性能上媲美四臂螺旋天线。

3.由于LTCC技术特点，三臂螺旋天线的阻抗匹配非常难实现。本发明利用三臂螺旋天线的下端的耦合金属圆盘，实现了可有效调节端口阻抗，实现匹配。

附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明的侧视剖视图；

图3为本发明的三维示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1、2和图3所示，本发明的一种高频低复杂度的LTCC螺旋天线，为利用LTCC技术依次压实的三层圆柱形生瓷带5；具体为：第一层：于生瓷带5上面利用金属条带1实现的三臂螺旋天线的顶端环绕90°并在中间短接，在生瓷带5内部为三根长金属化过孔2；长金属化过孔2的上端通过金属条带1连接；第二层：生瓷带5内部有三根短金属化过孔21，短金属化过孔21的上部通过金属条带1与长金属化过孔2下端连接，实现三臂环绕90°，三根短金属化过孔21的下部与第三层的馈电金属柱31连成一体；第三层：于生瓷带5上面利用金属条带1加工耦合金属圆盘3，下面的金属地板4覆盖整个生瓷带5下表面，于生瓷带5内部加工三根馈电金属柱31，馈电金属柱31上端连接短金属化过孔21，下端透过金属圆盘4后连接天线的馈电系统。

本发明只利用两层金属条带和金属化过孔便实现了三臂螺旋天线的阶梯式的环绕上升，每层金属条带环绕角为90°；顶部的金属条带1在中间短接，可实现天线的小型化；耦合金属圆盘3可以有效的调节天线阻抗和辐射波形；最下层金属地板4为天线的大地，方便馈电。

本实施例的生瓷带5选用A6-M，天线的工作波长为λ，天线尺寸为0.22λ×0.22λ×0.13λ（长×宽×高），天线圆极化增益为6.2dB，±60°圆极化增益≥1.5dB。天线在实现低复杂度、小型化的同时，实现了在Ka频段的圆极化、宽波束和高增益。

以上内容是结合具体的优选实施案例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。

本发明说明书中未详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种高频低复杂度的LTCC螺旋天线，其特征在于：是利用LTCC技术依次压实的三层圆柱形生瓷带(5)，具体为：第一层：于第一层生瓷带上面利用上层金属条带实现的三臂螺旋天线的顶端环绕90°并在中间短接，在第一层生瓷带内部为三根长金属化过孔(2)；长金属化过孔(2)的上端通过第一层金属条带连接；第二层：第二层生瓷带内部有三根短金属化过孔(21)，短金属化过孔(21)的上部通过上层金属条带与长金属化过孔(2)下端连接，实现三臂环绕90°，三根短金属化过孔(21)的下部与第三层的馈电金属柱(31)连成一体；第三层：于第三层生瓷带上面利用与下层金属条带相同的材料和工艺加工耦合金属圆盘(3)，下面的金属地板(4)覆盖整个第三层生瓷带下表面，于生瓷带第三层内部加工三根馈电金属柱(31)，馈电金属柱(31)上端连接短金属化过孔(21)，下端透过金属地板(4)后连接天线的馈电系统。

2.根据权利要求1所述的一种高频低复杂度的LTCC螺旋天线，其特征在于：所述生瓷带(5)选用A6-M。