[發明專利]阻抗校準的三維封裝表面天線

有效

• 申請號: 201210562297.1
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103022665A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 殷曉星;趙洪新;王磊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q13/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種喇叭天線，尤其是一種阻抗校準的三維封裝表面天線。

背景技術

采用微組裝技術，可以把一個射頻系統集成到一個封裝內，為此也需要把天線集成在封裝的表面。在封裝表面集成貼片天線是一種很自然的方式，但貼片天線的輻射主向是表面的法向，而我們有時需要的輻射主向是沿著表面方向。如果在封裝表面集成喇叭天線就可以實現沿表面方向的輻射。但是，通常喇叭天線是非平面的，與平面電路工藝的不兼容、具有的較大的幾何尺寸，從而限制了其在封裝結構上的應用。近年來，基于基片集成波導技術發展的基片集成波導喇叭天線具有尺寸小、重量輕、易于平面集成的特點，但傳統的基片集成波導喇叭天線的增益相對比較低，其原因在于由于喇叭口不斷的張開，口徑面上電磁波的波阻抗不同于自由空間的波阻抗，在介質與空氣分界面上會引起電磁波反射、影響了天線的回波損耗和輻射性能。目前已有采用介質加載、介質棱鏡等方法，矯正喇叭口徑面相位的不同步，但是這些方法都不能改善口徑面上喇叭天線與自由空間波阻抗的不一致，而且這些相位校準結構增加了天線的整體結構尺寸，不適合集成到封裝表面。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提出一種阻抗校準的三維封裝表面天線，該喇叭天線內部嵌有金屬化過孔陣列用以矯正天線與自由空間波阻抗的不一致，減少三維封裝表面天線的反射，提高天線的增益。

技術方案：本發明的阻抗校準的三維封裝表面天線，其特征在于該天線包括設置在介質基板上的金屬化垂直過孔饋線、基片集成波導喇叭天線和內嵌金屬化過孔，介質基板在三維封裝的最上面；所述金屬化垂直過孔饋線與三維封裝的內部電路相連；基片集成波導喇叭天線由位于介質基板一面的底面金屬平面、位于介質基板另一面的頂面金屬平面和穿過介質基板連接底面金屬平面頂面金屬平面的金屬化過孔喇叭側壁組成；基片集成波導喇叭天線中內嵌的金屬化過孔連接底面金屬平面和頂面金屬平面，并構成多個金屬化過孔陣列；金屬化過孔陣列在喇叭天線形成多個介質填充波導，介質填充波導在天線口徑面上端口的波阻抗與自由空間的波阻抗一樣。

金屬化垂直過孔饋線的一端穿過介質基板底面金屬平面上的圓孔與三維封裝的內部電路相連，其另一端頂端有個圓形焊盤，金屬化垂直過孔饋線頂端圓形焊盤10在介質基板的頂面金屬平面的圓孔中心，因此金屬化垂直過孔饋線頂端圓形焊盤與介質基板的頂面金屬平面沒有直接的電接觸。

基片集成波導喇叭天線由窄截面波導、喇叭形波導和寬截面波導串接構成；窄截面波導的一端是短路面，窄截面波導的另一端與喇叭形波導相連，喇叭形波導的一端與窄截面波導相連，喇叭形波導的另一端與寬截面波導相連，寬截面波導的另一端是天線口徑面。

金屬化過孔陣列的形狀可以是一段直線，也可以是直線、折線或指數線或者其它曲線及其組合。

金屬化過孔陣列都是頭端都朝著喇叭天線窄截面波導的短路面方向，尾端在天線口徑面上。

介質填充波導的寬度均要保證其主模可以在介質填充波導中傳輸而不被截止。

介質填充波導的一個端口均朝著喇叭天線窄截面波導的短路面方向，其另一個端口均在天線口徑面上，并且介質填充波導在天線口徑面上端口的寬度都一樣。

金屬化過孔喇叭側壁中，相鄰的兩個金屬化過孔的間距要小于或等于工作波長的十分之一，使得構成的金屬化過孔喇叭側壁(11)能夠等效為電壁。

金屬化過孔中，相鄰的兩個金屬化過孔的間距要等于或者小于工作波長的十分之一，使得構成的金屬化過孔陣列可以等效為電壁。

在介質填充波導中，電磁波主模(TE10模)的傳播波阻抗都與介質填充波導的寬度有關，介質填充波導的寬度越寬，主模的傳播波阻抗就越低；反之，介質填充波導的寬度越窄，主模的傳播波阻抗就越高。來自封裝內部電路的電磁波信號從金屬化垂直過孔饋線的一端通過天線的輸入輸出端口進入到基片集成波導喇叭天線，在向天線的口徑面方向傳播一段距離后，遇到金屬化過孔陣列，就分成分成多路分別進入多個介質填充波導傳輸，再通過這些介質填充波導傳輸到天線的口徑面上輻射。這樣在天線的口徑面上介質填充波導的端口寬度相等，由于在天線的口徑面上電磁波在介質填充波導中的波阻抗等于自由空間的波阻抗，即介質填充波導的端口寬度a都滿足條件也就是端口寬度a等于自由空間波長λ除于介質相對介電常數ε減1的平方根的兩倍，因此天線口徑面的反射就小。

有益效果：本發明阻抗校準的三維封裝表面天線的有益效果是，使得天線口徑面上電磁波的波阻抗等于自由空間的波阻抗，從而減小了三維封裝表面天線的回波損耗和提高了天線的增益。

附圖說明