[實用新型]一種高阻硅基底高頻微帶天線

有效

• 申請號: 201320830533.3
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN203660051U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 劉曉明;陳煥暉;黎業飛;郝曉紅;謝曉梅;洪泉;鄧振雷;朱鐘淦
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q21/00;H01Q13/08
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 詹福五

技術領域

本實用新型屬于微帶天線技術領域，特別是一種采用高阻硅作基底、基底背面設有正四棱錐臺形空氣槽的X波段微帶天線；該天線既具有高效率、高增益、高功率，又易于集成組成陣列式微帶天線，可廣泛用于漁船導航、深空通信、常規彈藥智能化改造等技術領域。

背景技術

目前在常規深空通信、民用漁船導航、彈藥智能化改造、無人機通信等方面，對設備的輕型化、即小體積、重量輕、功耗低、數字技術等均有較高的要求。從二十世紀五十年代微帶天線概念的提出，到七十年代實用微帶天線的研發制造，至八十年代微帶天線在理論與應用上的進一步發展。至今，由于MEMS技術的發展，微帶天線憑借其剖面薄、體積小、重量輕、具有平面結構、成本低等優點外，還可以與射頻前端集成在一起，提高的系統的穩定性和可靠性，易于大批量生產等優點；而在航空航天飛行器、移動通訊設備、手持通訊設備中都有良好的表現。

常規微帶天線的基底一般采用聚四氟乙烯、陶瓷等材料制作，采用這些材料作基底，一是效率低、不能作高功率微帶天線，二是難以小型化，也不便于集成等缺陷；若采用高阻硅作微帶天線的基底，高阻硅微帶天線雖然較之以低介電常數作基底（如聚四氟乙烯等）的貼片天線具有高功率，高度集成，可小型化的優勢。但是高阻硅材料的介電常數高，位于高介電常數基底上的貼片天線由于表面波的損耗大、輻射效率很低，且頻率帶寬極窄，而且當頻率變高時這種情況更加突出，從而導致貼片天線的增益和效率下降，這也就阻礙了高阻硅作為基底材料在微帶天線中的有效應用。本申請人為了充分利用高阻硅為基底的微帶貼片天線具有的高功率，高集成度，小型化的優勢；而克服其表面波的損耗大、輻射效率很低，頻率帶寬極窄等缺陷。在對采用高阻硅為基底的微帶貼片天線進行深入研究的基礎上，于2013年8月4日在日本召開的“機械工程及自動化國際會議”上，發表了名稱為“The?Inversion?law?in?MEMS?Microstrip?Array?Antenna?Manufacturing”（中文名：以MEMS為制造基礎的陣列式微帶天線的反演規律）的論文。該論文公開了一種工作在4.5GHz（C波段）的微帶天線。該微帶天線采用電阻率為20000ohm·cm、介電常數為11.9的高阻硅作基底，厚度為500μm；為了降低輻射貼片下方介質基底的介電常數，該文針對輻射貼片為正方形，而采用ICP刻蝕技術將正對輻射貼片下方高阻硅基底的背面刻蝕出一個深度為250μm與輻射貼片形狀匹配的正方形空氣槽，從而使輻射貼片與含空氣槽在內的區域內的基底形成“空氣—高阻硅”復合基底，其介電常數即為空氣、高阻硅兩者的復合介電常數；該技術由于在正對輻射貼片下的基底內增設了空氣槽，從而使輻射貼片與含空氣槽在內的基底的介電常數由11.9降低為1.84；該天線工作在4.5GHz頻段時的電壓駐波比VSWR=1.26、增益為8.134dB、輻射效率為0.683，并可靈活方便地組成陣列。但是要在高阻硅基底的背面刻蝕出與輻射貼片匹配的正方形空氣槽，只能采用目前較為先進的ICP刻蝕方法（即干法刻蝕）。但因高阻硅電阻率太高，設備的參數不易控制，一般刻蝕到40μm以上后由于刻蝕廢棄物堆積成掩蔽層而導致刻蝕很難順利進行，且刻蝕完成后空氣槽頂面的平整度也很差；生產實踐證明采用ICP刻蝕6.20mm×6.20mm平面的高阻硅，當刻蝕深度達100μm以上時，其高度差（不平度）達10μm（±5μm），經電性能測試表明該不平度嚴重影響了微帶天線的性能；此外ICP刻蝕還存在刻蝕速率（僅3μm/min）及生產率低，成品率低、加工成本高，無法實現規?；a等缺陷。

發明內容

本實用新型的目的在于針對背景技術存在的缺陷，改進設計一種高阻硅基底高頻微帶天線，以達到在有效提高微帶天線增益和輻射效率等電性能的基礎上，簡化加工工藝、提高加工質量、生產率和成品率，以及降低生產成本，充分滿足規?；a的要求等目的。