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LTCC多层宽带阵列天线设计

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第 40卷第 1期 (总第 155期 )

2011年 3月

火控雷达技术

Fire Control RadarTechnology

Vol. 40 No. 1( Series 155)

M ar. 2011

LTCC多层宽带阵列天线设计

王元源 ꢀ 赵交成 ꢀ 李 ꢀ 斌

(西安电子工程研究所ꢀ 西安ꢀ 710100)

ꢀ摘要ꢀ应用 LTCC 技术设计了 4 ꢀ 4的宽带阵列天线, 通过在多层贴片结构中引入空气腔、匹配过

孔以及金属环等结构有效拓展天线的带宽, 提高了辐射效率。馈电网络与主贴片间用内层地板分

隔, 有效地抑制了背向辐射。仿真结果表明, 阵列天线在 25ꢀ2- 31ꢀ2GH z的频带内回波损耗低于

- 10dB, 相对带宽达 21ꢀ4%, 峰值增益为 16ꢀ84dB, 整个阵列尺寸为 50 ꢀ 50 ꢀ 1ꢀ153mm³。

关键词: LTCC; 多层贴片天线; 宽带

中图分类号: TN821⁺. 8ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码: A ꢀ ꢀ ꢀ 文章编号: 1008ꢀ8652( 2011) 01ꢀ095ꢀ04

Design of LTCC MultilayerW ideband Array Antenna

W ang Yuanyuan, Zhao Jiaocheng, L i B in

(X iꢀan E lectronic Engineering R esearch Institu te, X iꢀan 710100)

Abstract: A 4 ꢀ 4 w ideband array an tenna is designed based on low temperature coꢀfired ceram ic ( LTCC) technolꢀ

ogy. Through introducing air cavities, match ing throughꢀholes and metal rings in mu ltilayer stacked patch structure,

bandw idth and rad iation efficiency of the antenna get mi proved. Feeding network and main patch are separated by

inner substrate, w hich can suppress backw ard radiation effectively. Smi u lation resu lts show that w ith in frequency

range of 25ꢀ2 to 31ꢀ2 GH z, return loss of the array is better thanꢀ10dB, relative bandw idth is up to 21ꢀ4% , and

peak gain is 16ꢀ84dB. D imensions ofwhole antenna array are 50 ꢀ 50 ꢀ 1ꢀ153mm³.

K eywords: LTCC; mu ltilayer stacked patch antenna; w ideband

料的相对介电常数一般较高 (大于 5), 若采用普通

1ꢀ 引言

贴片结构, 则天线带宽会受到极大限制。多层贴片

结构^{[ 8]}能够有效拓展天线的带宽, 并且在很多文献

低温共烧陶瓷 ( LTCC)技术因其集成度高尺寸

中得到了验证。

小、低损耗、高耐温性以及高频高 Q 特性等优点, 逐

本文给出了 LTCC 阵列天线的设计方法, 通过

步在微波毫米波领域得到广泛应用。这种技术可以

仿真优化设计出 4 ꢀ4的 LTCC 宽带阵列天线, 其中

将各种有源或无源器件埋在陶瓷基片中共同烧结,

心频率为 28GHz, 带宽 6GH z, 相对带宽高达

成天线系统^{[ 1]}的概念也得到迅速推广, 已成为未来

21ꢀ4% , 并且在全频带内增益均大于 15dB。

符合系统小型化, 模块化的发展趋势。顺应潮流, 集

雷达及通讯系统天线的一个重要发展方向。而

LTCC技术^{[ 2~ 7]}无疑是实现这种天线模式的关键手

2ꢀ 天线单元设计

段之一。

考虑到 LTCC的多层基板结构, 并且其导体层

采用厚膜金属化图形, 因此, 平面天线尤其是微带贴

片将是构造集成天线最适合的选择。但由于陶瓷材

如图 1所示, 天线单元采用探针馈电的多层微

带结构, 在主贴片与寄生贴片间加入空气腔结构以

达到拓展单元带宽的目的^{[ 2]}, 陶瓷基板材料采用

收稿日期: 2010ꢀ12ꢀ01

作者简介: 王元源, 男, 1983年生, 工程师 (博士 )。研究方向为雷达天线技术。

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