电磁辐射多天线阵列单元的制作方法

本发明涉及无线通信技术领域，具体来说涉及一种用于电磁辐射的天线多天线阵列单元工艺设计。

背景技术：

微带天线有很多工业研究和开发，其目标是采用更多创新设计来满足运营需求，然而，与微带天线相关的两个主要问题是它们表现出小带宽和高损耗（特别是涉及阵列中的馈电和网络损耗）。如，在发射器元件下方使用较厚的衬底或使用具有较低介电常数的衬底可以增加带宽以及辐射效率。然而，增加基板厚度会引起一些进料问题，在增加了基板厚度的同时也增加了来自馈电网络的辐射，这对天线性能具有降级影响。馈线的宽度也增加，且导致阵列中的空间问题。又如，同轴型进料（也称为“探针进料”），如图2b所示，需要馈电线和发射器贴片之间的特殊匹配布置，以便补偿探针电感并减小回波损耗。因此，探针进给装置的制造也更昂贵，因为它包括穿过基板的连接。通常，希望在辐射元件、贴片下面具有低介电常数和良好厚度的衬底，以及在馈线下面具有薄的，相当高的介电常数衬底。通过对馈线和贴片使用不同的衬底，如图2所示。然而，这种多层结构的两个主要缺点是材料和制造成本增加，该解决方案相对昂贵。因此，需要一种微带天线，其可以以简单且廉价的方式制造，并且同时提供与双层孔径耦合天线的性能类似的性能。本发明旨在满足这种需要，通过配合可靠的制造方法获得低成本，低重量和低轮廓的天线，用于现代通信系统，军事系统和其他应用。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出馈线接地平面的形状具有在发射器元件下方延伸一定距离的调谐部分，调谐部分为通过过渡部分连接到馈线接地平面的其余部分。该解决方案使制造成本类似于具有一个基板的简单和共面馈电天线的成本，使馈线性能对应于双层孔径耦合天线的性能，用于实现发射器元件和馈线之间的连接的简单的电容调谐方法，为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明“电磁辐射多天线阵列单元”，优选地在微波范围内。该天线包括介电基板，该介电基板在其一侧（顶部）具有至少一个导电材料的发射器元件，以及至少一个通向发射器元件的馈线。在相对侧（下侧），介电基板具有用于馈线的接地平面，并且天线还配备有用于发射器元件的单独接地平面，其布置在距基板一定距离处，

本发明“电磁辐射多天线阵列单元”包括：具有发射器元件（1）的电介质基板（2）和到发射器元件的馈线（4），并且在基板下侧上具有用于馈线（4）的接地平面（5）。用于发射器元件（1）的单独的接地平面布置在距衬底（2）较大的距离处，并且两个接地平面（3,5）电气地互连（7）。馈线接地平面（5）的形状具有在发射器元件下方稍微延伸的调谐部分（6），并且调谐部分（6）通过过渡部分（9）连接到馈线接地平面的其余部分，

本发明“电磁辐射多天线阵列单元”的设计原理是：馈线接地平面的形状具有在发射器元件下方延伸一定距离的调谐部分，调谐部分为通过过渡部分连接到馈线接地平面的其余部分。该解决方案使制造成本类似于具有一个基板的简单和共面馈电天线的成本（图2a），并且馈线性能对应于双层孔径耦合天线的性能（图2c）。提供用于实现发射器元件和馈线之间的连接的简单的电容调谐方法，

根据本发明“电磁辐射多天线阵列单元”的优选实施例，朝向调谐部分的过渡部分的形状具有逐渐减小的宽度。锥形可以是线性的或具有一些其他几何形状，例如，弯曲的锥形。优选地，过渡部分在馈电线进入的发射器元件边缘附近的区域中与调谐部分接壤并进入调谐部分，

根据本发明的优选实施例，衬底，发射器元件和接地平面是平坦的并且是平行的。辐射元件，馈电线和馈线接地平面可以通过蚀刻在两侧上金属涂覆的电介质基板来制造。在优选实施例中，天线调谐部分（调谐短截线）是矩形的，

根据本发明的优选实施例，壁被几何地放置和调整，使得过渡部分和调谐短管像通过壁从供给线接地平面的其余部分切割的部分一样突出。当辐射贴片接地平面位于衬底下方时，衬底和辐射贴片接地平面之间的间隙可以由介电材料填充，至少在辐射贴片和调谐短截线下方的区域中。介电材料可以是例如是塑料材料，或者它可以是例如塑料材料,

根据本发明的优选实施例，由调谐部分和发射器元件的阻抗贡献构成的阻抗在特定频率下应该是纯电阻的，并且在制造天线时调谐部分具有如此确定的长度。制造过程包括蚀刻过程或例如蚀刻过程。铣削或切削导电金属材料，

附图说明：

为了更清楚地说明本发明“电磁辐射多天线阵列单元”，将通过对实施例的讨论更详细地描述本发明，并附图说明如下：

图1显示了通用和以前已知的微带天线设计，

图2a示出了先前已知的在单个基板上具有共面馈电的设计，

图2b示出了先前已知的设计，其中馈线穿过基板，

图2c以分解图示出了先前已知的设计，其具有从下面的馈线穿过发射器元件接地平面中的孔的耦合，并且具有两个基板，

图3以分解图示出了根据本发明的天线的实施例，

图4是表示根据本发明“电磁辐射多天线阵列单元”天线中的中心元件的传输线模型的电路图，

具体实施方式：

通用微带天线包括布置在导电接地平面上方的金属贴片，并且在它们之间具有介电基板。在适当的位置向贴片（辐射元件）馈送相对于地的馈电电压vf，如图3所示。来自辐射元件的发射可以以许多可能的几何形状形状进行，因此关于这种几何设计存在很大的自由度。但是，通常使用某些特殊的几何形状是矩形或方形贴片，如图2所示。如图2a，b，c所示，在这三种现有技术的情况下，以不同的方式进给到辐射贴片。在图2a中，发射器元件1通过馈线4以共面方式馈电，并且在（未示出的）接地平面上方仅使用一个单个基板2。同样在图2b中，发射器贴片1位于基板2上，并且接地平面3位于其下方，但是馈线4'以同轴线的形式进入，中心导体穿过基板2直到辐射贴片1.图中到图2c中，在接地平面3的相应侧上出现两个基板。接地平面3具有位于发射器元件1下方的开口或孔8，并且在孔8下方存在馈线4”，即，该馈电线显示为在基板2“的下侧上。换句话说，孔耦合天线具有多层结构，

通常使用的贴片/发射器元件的另一几何形状是圆形形状，这里未在任何附图中示出。通过朝向发射器元件的正交馈电线并且在其间具有90°相移，可以获得圆极化。可选地，可以通过实际贴片几何形状的扰动来获得圆偏振，如，通过切角或合并插槽,

在图中图3示出了根据本发明的天线的实施例的示例。天线是分层的，并且以分解图示出。这里示出的特殊天线适于发射圆偏振辐射，通过设计具有切角10的发射器元件、贴片1来完成，顶层还示出介电基板2和通向发射器元件1的馈线4，在基板2下面找到馈线接地平面5，该接地平面5具有特殊形状，其中调谐部分6在辐射贴片1下方突出一定距离，并且过渡部分9逐渐朝向调谐部分6逐渐变细，调谐部分6的形状与开端短截线大致相同，短截线长度决定了电抗，为了获得低回波损耗，即最大功率传输，该短截线提供阻抗匹配以及馈线4的宽度，接地平面5紧靠在衬底2的下侧或固定到衬底2的下侧，馈线接地平面还包括主要部分17和突出部分11，其中设置部分11和对角边缘12以提供与辐射贴片1的形状的几何适应，即与其边缘具有均匀的距离，并且在这样的距离处发射特性不受影响，

用于实际发射器元件1的接地平面由部件3构成，部件3是距发射器元件的距离大于接地平面5和馈电线之间的距离的金属或导电板，该距离由导电壁7保持，该壁还在两个接地平面之间提供导电互连，墙高可以调整/调整，导电壁7适当地设计有对角线部分14和突出部分13，以便提供与发射器元件1的适应距离，即，壁部分13和14布置在距发射器元件边缘相同的距离处，具有两个接地平面的天线的这种平面设计可以以简单的方式延伸到具有多个发射器元件/辐射贴片的阵列天线，可以通过调整调谐部分6的长度来进行电容天线调谐，过渡部分9可以如图中所示线性地渐缩，或者可以使用弯曲形状，

与在馈线接地平面5的主要部分17和发射极元件接地平面3的剩余元件之间具有整体连接的解决方案相比，本技术采用薄的壁减少了材料消耗和重量，所示天线的顶部部分是，在两侧涂覆的电介质基板金属经受金属的蚀刻，以便形成发射器元件1，馈电线4，并且在基板的另一侧，馈电线地平面5.其他制造方法就可以实现，基板2和接地平面3之间的间隙可以通过从适当厚且导电的材料加工该区域来形成，由此从壁7获得体连接并且在参考标号15上方的区域中进一步返回，或者在此处区域也被加工出来，以便仅留下薄壁7，

如果壁7太靠近或靠近发射器元件1，则这将以负面方式影响辐射特性，另一方面，如前所述，调谐部分6可以在发射器元件1的下面延伸。过渡部分9应该到达发射器元件1的边缘。为了提供所需的特性，接地平面3和基板之间的区域如图2所示，即一直到壁7，可以用低ioss介电材料填充，例如5泡沫聚乙烯，聚苯乙烯，pvc或类似材料，介电材料也可以是空气，

通常用于阻抗匹配的简单方法是使用四分之一波变换器，并且在这种情况下使用馈电线4的传输线模型，调谐短截线6和发射器元件辐射来解释其用途。补丁1，参考图。馈电线4和发射极元件1之间的结处的总阻抗zl可以表示为两个阻抗的并联连接。在图4中，调谐部分由电纳jbs'给出，而发射器元件和地平面不连续由导纳给出yp=gp+jbp·

通过将zin与源阻抗（例如50n）匹配，获得到发射器元件的最大功率传输。这种匹配是在两个阶段的过程中进行的，首先，精确调节调谐部分的长度，以便消除yl的无功部分，这导致特定频率的电阻负载。此后，通过具有特征阻抗zc的四分之一波长线将yl的实部转换为所需的输入阻抗。四分之一波长线的特征阻抗近似是纯电阻性的，并且当选择衬底类型和厚度时由其宽度确定。输入阻抗由表达式zin=zgp给出claims。