基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线的制作方法

本发明涉及相控阵天线，尤其涉及一种宽带宽、低成本、高辐射效率的多波束相控阵天线。

背景技术：

1、相控阵天线作为一种经典的高增益阵列天线形式，在卫星通信、遥感成像等领域具有广泛的应用。现有的相控阵天线多采用基于微带贴片的天线形式，其具有重量轻、剖面低、高辐射效率等优势。然而，对于毫米波乃至太赫兹频段，随着频率的升高，微带贴片的表面波损耗显得更加突出，同时，对加工精度的要求也越来越高。

2、相比于微带贴片天线，介质谐振器天线由于其低q值的特性，更容易实现宽带宽特性。此外，不同于微带贴片的表面波损耗，介质谐振器天线在高频工作时的介质损耗更低，有益于获得更优的辐射性能。伴随着增材制造技术的快速发展，对介质谐振器天线的加工也更为快捷，可以通过3d打印实现不同介电特性、不同形状的天线定制。

3、因此，设计一种适用于多波束相控阵天线的超宽带介质谐振器天线是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的技术问题，本发明提供一种基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其耗能低，成本低，使用寿命长，生产周期短，生产胶合板的效率高，成型质量好。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，所述相控阵天线包括多个天线单元，任一所述天线单元包括：

3、宽带介质谐振器天线板，用于实现射频信号的发射与接收；

4、波束网络板，用于实现多波束天线接收/发射波束网络的集成；

5、控制电源板，用于实现控制信号传输以及相控阵天线各模块供电；

6、芯片组件模块，用于射频芯片互联集成；

7、任一所述天线单元1db增益带宽为46.88％，3db增益带宽为60.84％，所述相控阵天线在20ghz～30ghz内进行±60°扫描。

8、根据本发明的一个技术方案，所述宽带介质谐振器天线板为单独压合而成的一块pcb板，所述宽带介质谐振器天线板与所述波束网络板、所述控制电源之间通过bga焊接进行电连接；所述波束网络板与所述控制电源板之间通过pcb一体化压合或bga焊接的方式进行电连接；

9、所述芯片组件模块设置于所述控制电源板的底部。

10、根据本发明的一个技术方案，所述宽带介质谐振器天线板包括类同轴结构、带状线结构、缝隙结构和介质谐振器结构。

11、根据本发明的一个技术方案，所述宽带介质谐振器天线板的缝隙结构为蝶形形状，蝶形形状的所述缝隙结构关于所述带状线结构对称；

12、蝶形形状的所述缝隙结构的边缘为梯形直边或正弦曲线；

13、所述带状线结构和所述缝隙结构的中央可添加匹配枝节。

14、根据本发明的一个技术方案，所述介质谐振器的形状为立方体、椭圆柱、六棱柱、八棱柱；

15、所述介质谐振器通过3d打印方式加工制成。

16、根据本发明的一个技术方案，多个所述天线单元呈矩形栅格排布、三角形栅格排布、同心圆环栅格排布或者椭圆环栅格排布。

17、根据本发明的一个技术方案，相邻两个所述天线单元之间的间距d由所述相控阵天线的最高工作频率和最大扫描角度决定，d≤λ/(1+sinθ)，

18、其中，λ表示所述相控阵天线在工作最高频率下的波长，θ表示所述天线单元在排列方向上的最大扫描角度。

19、根据本发明的一个技术方案，所述波束网络板包含至少两层波束功率合成/分配网络以及波束网络隔离层。

20、根据本发明的一个技术方案，所述控制电源板包含有电源网络层、控制信号层、低频信号层以及隔离地层。

21、根据本发明的一个技术方案，所述芯片组件模块配置有散热结构，所述散热结构至少包括散热齿、导热凸台、导热垫。

22、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

23、根据本发明的一个方案，本发明的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线的结构简单合理，不采用耗能高的机构或者装置，因此耗能更低，成本更低。

24、本发明的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，通过使用介质谐振器天线替代微带贴片天线，具备低q值的特性，介质损耗低，可在高频率下实现宽带宽、高辐射效率的特性。

25、进一步地，本发明的相控阵天线为立体结构，不同于pcb加工的微带贴片，其高度和形状受限于pcb工艺和所使用的板材厚度，该天线可通过3d打印方式进行加工，可以便捷的实现不同介电特性、不同形状的天线定制，具有更高的设计自由度。

26、本发明的多波束相控阵天线，采用带状线+缝隙耦合馈电，采用蝶形缝隙结构，能够展宽天线带宽，从而引入更多可调参数，优化天线特性。

技术特征：

1.一种基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线包括多个天线单元，任一所述天线单元包括：

2.根据权利要求1所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，所述宽带介质谐振器天线板(10)为单独压合而成的一块pcb板，所述宽带介质谐振器天线板(10)与所述波束网络板(20)、所述控制电源之间通过bga焊接进行电连接；所述波束网络板(20)与所述控制电源板(30)之间通过pcb一体化压合或bga焊接的方式进行电连接；

3.根据权利要求1所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，所述宽带介质谐振器天线板(10)包括类同轴结构(11)、带状线结构(12)、缝隙结构(13)和介质谐振器结构(14)。

4.根据权利要求3所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，所述宽带介质谐振器天线板(10)的缝隙结构(13)为蝶形形状，蝶形形状的所述缝隙结构(13)关于所述带状线结构(12)对称；

5.根据权利要求4所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，所述介质谐振器的形状为立方体、椭圆柱、六棱柱、八棱柱；

6.根据权利要求1所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，多个所述天线单元呈矩形栅格排布、三角形栅格排布、同心圆环栅格排布或者椭圆环栅格排布。

7.根据权利要求1或6所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，相邻两个所述天线单元之间的间距d由所述相控阵天线的最高工作频率和最大扫描角度决定，d≤λ/(1+sinθ)，

8.根据权利要求1所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，所述波束网络板(20)包括至少两层波束功率合成/分配网络以及波束网络隔离层。

9.根据权利要求1所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，所述控制电源板(30)包括电源网络层、控制信号层、低频信号层以及隔离地层。

10.根据权利要求1所述的基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，其特征在于，所述芯片组件模块(40)配置有散热结构，所述散热结构至少包括散热齿、导热凸台、导热垫。

技术总结
本发明涉及一种基于超宽带介质谐振器天线的多波束相控阵天线，包括多个天线单元，任一所述天线单元包括：宽带介质谐振器天线板，用于实现射频信号的发射与接收；波束网络板，用于实现多波束天线接收/发射波束网络的集成；控制电源板，用于实现控制信号传输以及相控阵天线各模块供电；芯片组件模块，用于射频芯片互联集成；任一所述天线单元1dB增益带宽为46.88％，3dB增益带宽为60.84％，所述相控阵天线在20GHz～30GHz内进行±60°扫描。本发明的多波束相控阵天线具有宽带宽、低成本、高辐射效率特性。

技术研发人员：梅辰钰,金世超,刘敦歌,高峰,张正谦,程钰间,黄俊,刘立朋,苏巾槐,杨钰茜,费春娇,王静,王辰宇,孙家星,周波
受保护的技术使用者：航天恒星科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5