一种高功率容量双极化贴片阵列天线的制作方法

本发明涉及微带贴片天线，具体涉及一种高功率容量双极化贴片阵列天线。

背景技术：

1、随着半导体功率器件材料与制造工艺的快速发展，特别是基于氮化镓（gan）等宽禁带半导体技术的成熟，射频功率放大器的输出功率显著提升，这直接推动了相控阵雷达系统在探测距离、分辨率和多目标处理能力等方面的性能飞跃。作为相控阵雷达系统的核心辐射单元，阵列天线不仅需要具备良好的辐射特性，还必须能够承受日益增长的射频输入功率，以确保系统长期稳定运行。

2、目前，微带贴片天线由于其低剖面、轻量化、易于共形集成和批量制造等优势，已成为相控阵雷达系统中广泛采用的天线形式。然而，传统微带贴片天线在高功率应用场景下面临诸多挑战，尤其是功率容量受限、热管理困难以及介质击穿风险等问题，难以匹配现代高功率半导体器件的输出能力。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决传统微带贴片天线在高功率应用场景下面临的功率容量受限、热管理困难以及介质击穿风险等问题，而提供一种高功率容量双极化贴片阵列天线。

2、为实现上述目的，本发明的发明构思如下：

3、为成功在高功率阵列系统中应用双极化天线，本发明对双极化天线开展功率容量薄弱点分析，发现双极化天线失效原因主要为：集中场增强点暴露空气引发的空气击穿。三处峰值功率击穿薄弱点分别为同轴连接器与底板上表面接触的位置、第一辐射结构金属贴片边缘以及第二辐射结构金属贴片边缘。其中，同轴连接器与底板上表面接触三维位置的击穿，主要原因是实际装配中，同轴连接器与第一辐射结构接触不紧密、不连续性引发场集中，同时，接触不紧密所产生的气泡也容易引发击穿；第一辐射结构和第二辐射结构的金属贴片边缘的击穿，主要原因是电场集中点在贴片边缘，容易出现空气击穿。本发明针对不同位置，提出对应功率提升措施，即防击穿措施：1、同轴连接器与底板上表面接触三维位置，明确同轴连接器的裸露介质伸出底板上表面的轴向长度，以确保同轴连接器超出底板后与第一辐射结构接触良好；2、在第一辐射结构及第二辐射结构金属贴片边缘进行阻焊层覆盖，确保金属贴片与空气隔绝，将空气击穿转变为介质击穿提升击穿阈值。

4、为了实现上述发明构思，本发明所提供的技术解决方案为：

5、一种高功率容量双极化贴片阵列天线，其特殊之处在于，该双极化贴片阵列天线为n*m的阵列天线，包括n个1×m的单阵列天线，每个单阵列天线包括底板、第一辐射结构以及m个同轴连接单元，n≥1，m≥2；每个同轴连接单元分别包括k个同轴连接器，k=2或k=4；每个单阵列天线分别对应外部大功率阵面系统的一个收发组件；

6、所述底板为金属材质的板形结构，其沿长度方向均布有m组连通孔，每组连通孔包括k个连通孔，k=2时，同一组的两个连通孔沿底板长度方向分为两列，每列包括沿宽度方向分布的两个连通孔；

7、所述第一辐射结构包括设置在底板上表面的第一金属底板、设置在第一金属底板上表面的第一介质板以及设置在第一介质板上表面且与m组连通孔一一对应的m个第一金属贴片；第一金属底板上对应每个连通孔的位置分别开设有过孔，第一介质板上对应每个过孔的位置分别设置有金属化过孔；

8、所述同轴连接器包括依次连接的外导体、裸露介质以及内导体；同轴连接器的内导体一端依次穿过底板对应的连通孔、第一金属底板对应的过孔伸入第一介质板对应的金属化过孔内，且外导体外侧壁与对应连通孔侧壁螺纹连接，裸露介质的顶部延伸入过孔内；所述裸露介质的顶部延伸入过孔内的长度d1需满足：0 mm＜d1≤1mm；

9、所述第一金属贴片与同一组的k个内导体顶部以及对应的k个金属化过孔上端焊接在一起，形成k个馈电端口。

10、进一步地，所述单阵列天线还包括支撑结构和第二辐射结构；

11、所述支撑结构设置在第一介质板上表面，且其上对应各第一金属贴片的位置开设有通孔；

12、所述第二辐射结构包括设置在支撑结构上表面的第二介质板以及设置在第二介质板上表面的m个第二金属贴片，m个第二金属贴片与m个第一金属贴片一一对应。

13、进一步地，所述第一介质板和第一金属贴片的上表面整体覆盖有第一阻焊层，第一阻焊层上对应各金属化过孔的位置设置为开窗区域；

14、各所述第二金属贴片边缘覆盖有第二阻焊层。

15、进一步地，所述第二阻焊层以第二金属贴片边缘为中心向两侧各扩展2mm。

16、进一步地，所述内导体的轴向长度在（h1-0.3mm）~（h1+d2-1mm）之间取值；其中，h1为第一金属贴片距离底板上表面的高度，d2为第二金属贴片与第一金属贴片之间的间距。

17、进一步地，所述第一金属贴片为正方形；

18、所述k=2，同一组的两个内导体分别设置在对应第一金属贴片的两条中线上，且两个内导体距离第一金属贴片中心点的长度相等；

19、或者，k=4，同一组的四个内导体两两一组分别设置在第一金属贴片的两条中线上，且一中线上的两个内导体关于第一金属贴片的中心点对称设置，四个内导体距离第一金属贴片中心点的长度相等。

20、进一步地，所述底板的每个连通孔分别包括由下至上连通设置的第一通孔和第二通孔；

21、所述第一通孔用于容纳外导体，且其侧壁上设置有螺纹，用于与对应外导体的外侧壁螺纹连接；

22、所述第二通孔用于容纳裸露介质。

23、进一步地，所述底板为铝合金材质，其上表面局部镀金或镀银或镀锡；

24、所述第一辐射结构和第二辐射结构均采用pcb工艺制备。

25、进一步地，所述第一辐射结构的第一金属底板通过焊接或导电胶粘接的方式安装在底板上表面；

26、所述支撑结构通过耐高温胶水粘接在第一辐射结构的第一介质板上表面，或者，通过螺栓安装在底板上；

27、所述第二辐射结构的第二介质板通过耐高温胶水粘接在支撑结构上表面，或者，通过螺栓安装在底板上。

28、进一步地，相邻两个所述天线单元之间设置金属隔墙，或者，在第一辐射结构的金属底板和底板上刻蚀特定形状形成隔墙。

29、与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：

30、1、由于高功率阵面系统中通常包含多个末级功放，因此相比于传统高功率阵列天线需要采用合成器进行合并输出的方案，本发明提供的一种高功率容量双极化贴片阵列天线，包括n个1×m的单阵列天线，每个单阵列天线包括m个同轴连接单元，通过在同一个同轴连接单元中设置多个同轴连接器，且使同轴连接器的内导体顶部、第一辐射结构中第一介质板的金属化过孔与对应第一金属贴片焊接在一起，形成多个馈电端口，从而实现阵列天线的双极化性能；该结构有效提升了阵列天线的单位面功率密度，实现了单馈电10kw、双馈电20kw以上的功率输出；同时，本发明的多个馈电端口可以分别与各末级功放的输出直接连接，不仅省去了合成器的设置，简化了系统结构，还避免了合成器带来的插损。

31、2、本发明提供的一种高功率容量双极化贴片阵列天线，在设计同轴连接器时，使同轴连接器的裸露介质顶部伸出底板上表面，即裸露介质顶部延伸入第一金属底板的过孔内，并保证裸露介质延伸入第一金属底板过孔内的长度d1满足0 mm＜d1≤1mm，该设计可以有效确保同轴连接器的裸露介质与第一辐射结构的良好接触，从而避免同轴连接器与底板上表面接触位置发生击穿的风险，有效提升了功率容量；本发明不仅保持了微带天线原有的低剖面、轻量化和易于集成优势，还有效提升了频谱利用率和系统极化灵活性，为下一代高功率相控阵系统提供了更具竞争力的辐射单元解决方案。

32、3、本发明提供的一种高功率容量双极化贴片阵列天线，在第一辐射结构上方还设置有支撑结构和第二辐射结构，其通过支撑结构实现第一辐射结构与第二辐射结构的空气隔开，以增加匹配性能，从而通过第二辐射结构增加谐振点，提升带宽，使带宽可保持10%以上，适用于多种频段应用范围。

33、4、本发明提供的一种高功率容量双极化贴片阵列天线，在第一介质板和第一金属贴片的上表面整体覆盖有第一阻焊层，且在各第二金属贴片边缘覆盖有第二阻焊层，相比于传统阻焊层一般多用于防止焊接短路、防氧化、物理保护等作用，本发明中第一阻焊层和第二阻焊层的存在，可以确保第一金属贴片和第二金属贴片与空气的隔绝，将空气击穿转变为介质击穿，大大提升了击穿阈值，进而提升了功率容量。

34、5、本发明提供的一种高功率容量双极化贴片阵列天线，相邻两个所述天线单元之间设置金属隔墙，或者在第一辐射结构的金属底板和底板上刻蚀特定形状形成隔墙，在实现多馈电端口辐射的情况下，还兼顾了馈电端口的隔离度，还保证了系统的稳定性和低成本。