CN105206937A - 一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线 - Google Patents

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李祥祥
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Abstract

本发明公开了一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，包括有微波基板，微波基板顶面前段设置上设置有金属辐射面，金属辐射面中开有辐射开口，微波基板后段中刻蚀有形槽，形槽中设置有内导体，内导体形上、下侧前端分别连接有倾斜的过渡结构，内导体形上侧通过连接的过渡结构与金属辐射面后端底部连接，内导体形内壁与微波基板之间支撑有光刻胶支柱，外导体内壁与内导体之间亦支撑有光刻胶支柱，外导体后端开有天线槽口，微波基板底面还设置有由微波芯片和微带线构成的微波电路单元，微波芯片的输入输出端通过微带线与内导体下侧前端的过渡结构连接，微波芯片的地与外导体连接。

Description

一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线
技术领域
本发明涉及微波天线领域，具体是一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线。
背景技术
近年来，射频微系统（RFMicrosystems）的发展极大地促进了射频/微波系统的多功能化和小型化，同时对天线与电路的集成也提出了更高要求，射频/微波传输线和馈电线要求更大带宽、更低损耗和更小型化。但是，由于现有微波集成电路中多采用基于平面印刷电路板(PCB)技术的微带、共面波导和带线等开腔形式的平面半开放结构。在进行天线馈电和微波信号互联时，能量耦合和辐射损耗较大，信号互联时驻波较差，且应用频率受限。因此，平面工艺的馈电技术较难进一步实现射频/微波系统的集成化与微型化，也难以将vivaldi天线超宽带性能更好的发挥出来。
发明内容本发明的目的是提供一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：包括有微波基板，微波基板顶面前段设置上设置有金属辐射面，由微波基板、金属辐射面构成天线辐射单元，金属辐射面前端向金属辐射面中开有具有特定曲率的辐射开口，金属辐射面后方的微波基板后段中刻蚀有形槽，形槽中设置有形状匹配的带状的内导体，内导体形下侧前端水平向前超出上侧前端，内导体形上、下侧前端分别连接有倾斜的过渡结构，内导体形上侧通过连接的过渡结构与金属辐射面后端底部连接，内导体形内壁与微波基板之间支撑有光刻胶支柱，还包括套在内导体外的外导体，外导体内壁与内导体之间亦支撑有光刻胶支柱，外导体后端开有天线槽口，由内导体、外导体、光刻胶支柱、过渡结构构成微同轴馈电单元，所述微波基板底面还设置有微波电路单元，微波电路单元由微波芯片和微带线构成，微波芯片的输入输出端通过微带线与内导体下侧前端的过渡结构连接，微波芯片的地与外导体连接。
所述的一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：金属辐射面中辐射开口为喇叭口形，。喇叭口位于金属辐射面前端，喇叭口两侧为指数曲线。
所述的一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：通过微同轴对天线进行馈电，使得天线的辐射面在微带板的一面，微波电路在微带板的另一面，提升了微波电路的集成性。
所述的一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，所述微波芯片通过焊盘焊接在微波基板底面，信号通过微同轴引出，并通过微同轴传输至背面的天线，进而将电磁波辐射出去。
所述的一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：通过电铸和紫外线光刻技术，综合应用SU8光刻胶和BPN光刻胶，在微带板内部刻蚀出同轴结构，内同轴通过SU8光刻胶支撑。
本发明提出一种基于微同轴馈电结构的超宽带vivaldi天线，以微波基板作为微同轴馈电单元和天线的载体，微同轴馈电单元、金属辐射面在微波基板上实现；微波基板底面的芯片与天线之间微波信号高性能、高可靠和超宽带互连，已在2~24GHz宽带微波系统测试中表现出了良好的传输性能，带内插损小于0.5dB。
本发明依靠微同轴内导体直接馈电形式，实现了vivaldi超宽带馈电结构，与现有技术相比，本发明提供了一种无需阻抗匹配电路、体积较小、性能可靠、带宽较宽的高性能馈电结构，实现了微波系统的高集成度和高性能。
附图说明
图1为本发明所述vivaldi天线辐射面与微同轴馈电结构正面俯视图；
图2为本发明所述天线背面同轴引出及芯片电路示意图；
图3为本发明所述微同轴馈电vivaldi天线整体侧视图；
图4为本发明所述微同轴馈电vivaldi天线同轴部分侧视图。
具体实施方式
参见图1-图4所示，一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，包括有微波基板1，微波基板1顶面前段设置上设置有金属辐射面2，由微波基板1、金属辐射面2构成天线辐射单元，金属辐射面2前端向金属辐射面中开有具有特定曲率的辐射开口10，金属辐射面2后方的微波基板1后段中刻蚀有形槽，形槽中设置有形状匹配的带状的内导体3，内导体3形下侧前端水平向前超出上侧前端，内导体3形上、下侧前端分别连接有倾斜的过渡结构5，内导体3形上侧通过连接的过渡结构5与金属辐射面2后端底部连接，内导体3形内壁与微波基板1之间支撑有光刻胶支柱9，还包括套在内导体3外的外导体4，外导体4内壁与内导体3之间亦支撑有光刻胶支柱，外导体4后端开有天线槽口11，由内导体3、外导体4、光刻胶支柱9、过渡结构5构成微同轴馈电单元，微波基板1底面还设置有微波电路单元6，微波电路单元6由微波芯片7和微带线8构成，微波芯片7的输入输出端通过微带线8与内导体3下侧前端的过渡结构连接，微波芯片7的地与外导体4连接。
金属辐射面2中辐射开口10为喇叭口形。喇叭口位于金属辐射面前端，喇叭口两侧为指数曲线。
天线通过其覆地面安装在外导体4后端的天线槽口11中并与外导体4接触连接，天线的槽线与内导体3后端连接。
微波芯片7为微波功率放大芯片，微波芯片7通过焊盘焊接在微波基板1底面。
本发明由由以下三个主要部分构成天线辐射单元，微同轴馈电单元和微波电路单元构成。
天线辐射单元主要由微波基板1、金属辐射面2构成。设计特定曲率的辐射开口曲线和特点厚度的微波基板，以保证在2GHz-24GHz全频段范围内，电磁波的辐射方向图能够达到要求的指标。阵列天线单元具体设计指标见表1。
表1阵列天线单元參數
渐变长度 总长度 开口宽度 指数曲率
25mm 36mm 9mm 0.1
微同轴馈电单元主要由微同轴内导体3、外导体4和过渡结构5组成，内导体由SU-8光刻胶支撑9，负责将微波基板反面的微波电路6产生的微波信号传输至微波基板正面的天线辐射单元，并减小损耗和改善匹配。以达到在全频段内，驻波的指标均优于1.2。
微波电路单元主要有微波芯片7和微带线8连接线构成，与天线辐射单元共用一块微波基板，但分别在微波基板的两面。负责产生或者调制微波信号，并且通过过渡结构，将微带线上的微波信号高效的传输至微同轴内导体上。
本发明包含以下三个部分：
（1）微同轴与微波电路的衔接
微同轴由接地的外导体和传输信号的内导体构成，其内外导体的结构尺寸由设计频带和天线结构形式决定，其工艺实现方法为紫外线光刻加微电铸技术。微同轴内导体和外导体采用渐变结构形式，内导体由立体柱状结构形式线性过渡为扁平带状结构形式，直接与微波电路的信号输入输出微带线或共面波导相连接。外导体采用斜坡状过渡，并与微波电路的地相连接，形成同轴至微带或同轴至共面波导的过渡连接，方便微波芯片信号高效低损的输入输出连接。
（2）微同轴与天线的衔接
微同轴与天线的信号连接同样由内外导体构成，微同轴内导体和外导体采用渐变结构形式，内导体向外延伸一段，由立体柱状结构形式线性过渡为扁平带状结构形式，直接与天线的槽线相连。外导体与天线的覆地面相连，形成直接馈电结构形式。
（3）微同轴与微波基板的集成
微同轴采用微波基板刻槽形式实现，微波基板上刻蚀出相应深度的矩形槽，内壁镀金，采用紫外线光刻技术利用SU-8光刻胶做出内导体支柱，用BPN光刻胶做出内导体结构，并进行镀金，最后将BPN光刻胶剥离。最终微同轴内嵌在微波基板上，微同轴的上表面与天线辐射面同一水平面上。而微同轴的另一端则打通孔接在微波基板的背面与芯片焊盘直接相连。
本发明包括微波基板、具有通孔的L型微同轴、超宽带vivaldi天线，微波芯片；微波基板用于超宽带vivaldi天线介质，微同轴和微波芯片载体；超宽带vivaldi天线为平面印刷天线，在微波板材的一面，进行天线辐射图形设计和加工、镀金，形成2-24GHz超宽带辐射特性，微波信号采用槽线引入；所述芯片为微波功率放大芯片采用直接焊接在微波基板背面焊盘上；微同轴传输线采用微波基板刻槽方法，形成水平向信号传输，采用打通孔的方法实现信号垂直传输，孔深与内径比为1:1，均为0.5mm；微波信号由功率放大器输出端送出，经L型微同轴传输线直接馈入背面的天线槽口，经天线将微波信号辐射出去。馈电结构在2-24GHz整个带宽内具有较高的传输特性，驻波小于1.3。微波基板选料为ROS5880，金属层为35um厚度的铜，镀层为金。

Claims (5)

1.一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：包括有微波基板，微波基板顶面前段设置上设置有金属辐射面，由微波基板、金属辐射面构成天线辐射单元，金属辐射面前端向金属辐射面中开有具有特定曲率的辐射开口，金属辐射面后方的微波基板后段中刻蚀有形槽，形槽中设置有形状匹配的带状的内导体，内导体形下侧前端水平向前超出上侧前端，内导体形上、下侧前端分别连接有倾斜的过渡结构，内导体形上侧通过连接的过渡结构与金属辐射面后端底部连接，内导体形内壁与微波基板之间支撑有光刻胶支柱，还包括套在内导体外的外导体，外导体内壁与内导体之间亦支撑有光刻胶支柱，外导体后端开有天线槽口，由内导体、外导体、光刻胶支柱、过渡结构构成微同轴馈电单元，所述微波基板底面还设置有微波电路单元，微波电路单元由微波芯片和微带线构成，微波芯片的输入输出端通过微带线与内导体下侧前端的过渡结构连接，微波芯片的地与外导体连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：金属辐射面中辐射开口为喇叭口形，喇叭口位于金属辐射面前端，喇叭口两侧为指数曲线；左右辐射面分别与馈电微同轴的内导体和外导体相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：通过微同轴对天线进行馈电，使得天线的辐射面在微带板的一面，微波电路在微带板的另一面，提升了微波电路的集成性。
4.根据权利要求1所述的一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：所述微波芯片通过焊盘焊接在微波基板底面，信号通过微同轴引出，并通过微同轴传输至背面的天线，进而将电磁波辐射出去。
5.根据权利要求1所述的一种基于微同轴的vivaldi超宽带天线，其特征在于：通过电铸和紫外线光刻技术，综合应用SU8光刻胶和BPN光刻胶，在微带板内部刻蚀出同轴结构，内同轴通过SU8光刻胶支撑。
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