高次模基片集成腔毫米波阵列天线原理与制备关键技术

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61771215
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0119.电磁场与波
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Low-temperature co-fired ceramic (LTCC) technology provides technical support for miniaturization of antenna with its advantages of multi-layer structure. The millimeter-wave array antenna manufactured by LTCC technology has become research hotspot with its advantages of small volume, high integration, light weight, low cost, etc. A substrate integrated cavity (SIC) millimeter-wave array antenna operating in its high-order mode is proposed in this project. The adjustment of field distribution of the high-order mode in the SIC and the reconstruction of the radiation pattern will be studied and adopted to achieve full use of the limited area for each array element and to increase the gain of the array element; then, through the research on the mutual coupling between the SIC radiating element and its inhibition method, as well as the effect of the SIC dimensions on the radiation performance of the SIC array, the total gain of array will be significantly improved. At the same time, in order to solve the problem of millimeter-wave dielectric performance testing of the ceramic materials, a testing platform based on the Fabry-Perot resonator theory will be set up in this project, and on this basis the improvement of millimeter-wave LTCC-process adaptability of BaAl2Si2O8-based ceramic materials will be studied to obtain the millimeter-wave LTCC substrate materials with excellent electrical performance and independent intellectual property rights. Finally, through the research in this project, independent design and localization of the preparation of high-gain millimeter-wave LTCC array antenna should be achieved.
低温共烧陶瓷(LTCC)技术凭借其多层结构的优势为实现天线的小型化提供了技术支撑,采用LTCC技术制成的毫米波阵列天线具有体积小、集成度高、重量轻、成本低等优点,成为国内外研究热点。本项目提出了一种工作于高次模的基片集成腔毫米波阵列天线,通过对基片集成腔中高次模场分布的调整及其辐射方向图的重构,实现充分利用有限阵列天线单元面积,提升阵列单元天线的增益,并结合对基片集成腔辐射单元间互耦产生机理及其抑制方法以及基片集成腔辐射口径尺寸对阵列天线整体性能影响的研究,实现阵列天线增益的显著提高;同时,为了解决介质材料毫米波频段介电性能测试的难题,项目拟搭建基于法布里-珀罗谐振腔原理的W波段材料介电性能测试平台,在此基础上开展BaAl2Si2O8基陶瓷材料的毫米波LTCC工艺适配性改进研究,获得电性能优良、具有自主知识产权的毫米波用LTCC基板材料,实现高增益毫米波阵列天线的自主设计与国产化制备

结项摘要

针对毫米波通信领域对小型化高增益天线及其低介电常数LTCC国产化材料的迫切需求,本项目开展了高次模基片集成腔辐射结构及其阵列天线设计、W波段材料介电性能测试表征方法和BaAl2Si2O8体系材料LTCC工艺适配性改进等三方面的研究工作。本项目通过对基片集成腔辐射结构内部电场及谐振模式分析,掌握了高次模基片集成腔的辐射机理与设计方法,结合基片集成波导立体馈电网络的研究,设计并制备了W波段4×4单元宽带、高增益阵列天线,天线-10dB阻抗带宽为81.45–97.05GHz,增益高达20.3dBi。本项目还面向实际需求,设计出了满足毫米波汽车雷达应用的宽带、高增益、低副瓣线极化阵列天线和双极化阵列天线;针对卫星通讯应用,设计出了宽带、高增益基片集成腔圆极化阵列天线。本项目开展了点聚焦喇叭天线的设计研究工作,结合电磁仿真软件设计出了双折射面透镜喇叭天线,探讨了喇叭长度、喇叭张角和透镜曲率等结构参数对天线聚焦性能的影响,总结了聚焦透镜喇叭天线的设计方法,确定了通过S参数计算材料介电参数的方案,搭建了W波段材料介电性能测试系统,解决了毫米波介质材料介电性能测试难题。本项目开展了BaAl2Si2O8体系微波介质陶瓷的低温烧结性能探索,研究了LiF对(1-x)BaAl2Si2O8-xBa5Si8O21体系陶瓷烧结特性、相组成和微波介电性能的影响。在750℃下烧结,获得了具有优良微波介电性能(εr=7.63、Q×f=12410GHz、τf=-1.2ppm/℃)的瓷体。本项目还研究了BaAl2-2x(ZnSi)xSi2O8体系微波介质陶瓷材料的烧结特性和微波介电性能,研究发现(Zn0.5Si0.5)3+离子可以有效提高BaAl2Si2O8体系材料的相稳定度,提高LTCC瓷体的致密度,制备出了一种新型的BaZnSi3O8微波介质陶瓷(εr=6.60、Q×f=52401GHz、τf=-24.5ppm/℃)。本项目以Sr2+离子代替Ba2+离子,研究了Ba1-xSrxZnSi3O8体系微波介质陶瓷材料的烧结特性、相组成、显微结构和微波介电性能,获得了具有良好微波介电性能的SrZnSi3O8陶瓷(εr=6.12、Q×f=78064GHz和τf=-33.2ppm/℃)。本项目开发的BaAl2Si2O8体系材料有望实现进口低介电常数LTCC材料的国产化替代。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
Anti-reductive characteristics and dielectric loss mechanisms of Ba2ZnSi2O7 microwave dielectric ceramic
Ba2ZnSi2O7微波介质陶瓷的抗还原特性及介电损耗机理
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2019.06.195
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zou Zheng Yu;Du Kang;Lan Xue Kai;Lu Wen Zhong;Wang Xiao Chuan;Wang Xiao Hong;Lei Wen
  • 通讯作者:
    Lei Wen
Design of Ku-Band Flat Luneburg Lens Using Ceramic 3-D Printing
使用陶瓷 3D 打印设计 Ku 波段平面 Luneburg 透镜
  • DOI:
    10.1109/lawp.2020.3046489
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Yi-Hui Lou;Ya-Xin Zhu;Gui-Fen Fan;Wen Lei;Wen-Zhong Lu;Xiao-Chuan Wang
  • 通讯作者:
    Xiao-Chuan Wang
Optimized sintering behavior and microwave dielectric properties of Ca1+2xSnSi2x+yO3+6x+2y by composition modulation
通过成分调制优化 Ca1 2xSnSi2x yO3 6x 2y 的烧结行为和微波介电性能
  • DOI:
    10.1111/jace.17508
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of the American Ceramic Society
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Du Kang;Guo Yan-Bo;Wang Fei;Fan Jun;Wang Xiao-Chuan;Lu Wen-Zhong;Lei Wen
  • 通讯作者:
    Lei Wen
Correlation between crystal structure and dielectric characteristics of Ti4+ substituted CaSnSiO5 ceramics
Ti4取代CaSnSiO5陶瓷晶体结构与介电特性的相关性
  • DOI:
    10.1016/j.jeurceramsoc.2020.12.010
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Journal of The European Ceramic Society
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Kang Du;Fei Wang;Xiao-Qiang Song;Yan-Bo Guo;Xiao-Chuan Wang;Wen-Zhong Lu;Wen Lei
  • 通讯作者:
    Wen Lei
Crystal structures and microwave dielectric properties of novel low permittivity Ba1-xSrxZnSi3O8 ceramics
新型低介电常数Ba1-xSrxZnSi3O8陶瓷的晶体结构和微波介电性能
  • DOI:
    10.1016/j.materresbull.2018.12.026
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Materials Research Bulletin
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Song Xiao Qiang;Du Kang;Li Jie;Muhammad Raz;Lu Wen Zhong;Wang Xiao Chuan;Lei Wen
  • 通讯作者:
    Lei Wen

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其他文献

自振脉冲气液射流振荡及其冲蚀煤岩效应
  • DOI:
    10.13247/j.cnki.jcumt.000416
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国矿业大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    胡东;王晓川;康勇;王泽峰
  • 通讯作者:
    王泽峰
城市规划:从终极蓝图到动态规划——动态规划实践与理论
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    邹德慈;李惠林;王晓川;袁奇峰
  • 通讯作者:
    袁奇峰
主动与被动混合调度网络集群服务系统
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    金士尧;钱迎进;王晓川;章文嵩
  • 通讯作者:
    章文嵩
含坡度均方根的节理峰值剪切强度经验公式
  • DOI:
    10.16285/j.rsm.2015.12.013
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐志成;黄润秋;张建明;王晓川
  • 通讯作者:
    王晓川
基于Web的古陶瓷鉴别分析系统研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李威;王晓川;李融武;李国霞
  • 通讯作者:
    李国霞

其他文献

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王晓川的其他基金

用于北斗导航的双频高相位中心稳定度球面微带天线研究
  • 批准号:
    61201052
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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