[發明專利]一種陣列天線結構及多層過孔結構

有效

• 申請號: 201710585708.1
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107565225B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 洪偉;徐俊;陳繼新;蔣之浩;張慧
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/38;H01Q1/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開一種陣列天線結構，包括輻射單元和饋電網絡，輻射單元采用平面貼片形式，饋電網絡采用基片集成波導的形式；整體結構采用多層印制電路板工藝實現，饋電網絡采用在彎折的基片集成波導寬邊上開橫縫，通過縫隙耦合對頂部金屬貼片進行饋電。本發明還公開一種多層過孔結構，將某一層介質基片上的基片集成波導的一個端口封閉，并通過一個金屬化過孔作為射頻信號傳輸之用。此種陣列天線結構采用彎折基片集成波導橫縫結構，并通過對饋電網絡進行匹配設計的方式來實現薄介質基片的情況下增加陣列天線帶寬，以及實現毫米波天線與射頻前端在多層印制電路板上實現不同層，以滿足對尺寸要求及帶寬要求比較高的毫米波系統的設計。

技術領域

本發明屬于電子領域，特別涉及一種陣列天線結構及多層過孔轉接結構。

背景技術

隨著社會的進步和技術的發展，對于實現電子系統高性能、小型化的需求日益迫切。陣列天線在通信、導航、雷達、探測等諸多領域的電子系統里面有著廣泛的應用，能夠實現高性能，小型化的陣列天線結構必然能帶來良好的經濟效益和社會效益。

微帶貼片天線是近幾十年來發展迅速的平面陣列天線結構，其以結構緊湊、重量輕、成本低、易于集成等優點被廣泛應用在各種使用到無線電的應用場景，然而當使用微帶貼片天線形成陣列時，尤其是當陣列形成一定規模時，饋電網絡設計會比較復雜，而且天線的帶寬等方面的性能會受到影響而惡化，尤其是當在頻率較高的毫米波頻段，直接使用微帶形式的功率分配器作為饋電網絡會存在損耗過大以及因饋電網絡本身的輻射而影響整個陣列天線的輻射性能的情況，同時一般的微帶貼片天線還面臨著帶寬過窄的問題。

基片集成波導(substrate integrated waveguide，SIW)是一種可以集成于介質基片中的新型導波結構，這種結構在介質基片中按一定間隔排列多個金屬化通孔成為波導光滑側壁的替代結構，從而與上下表面金屬圍成一個準封閉的導波結構，保持了金屬波導的低插損、高功率容量等特點。基片集成波導已經被成功地用于設計多種微波結構，如基片集成波導天線、濾波器、雙工器、功分器等。

因此實現毫米波頻段的高性能、小型化天線可以綜合考慮微帶天線的緊湊結構的優勢以及基片集成波導低插入損耗、低輻射的優勢。

之前已經有相關文獻報道或者專利公開了將基片集成波導技術與微帶貼片結合設計毫米波陣列的方案。有方案利用基片集成波導作為饋電網絡，微帶貼片作為輻射單元的天線結構及設計方法，并且在頻率較高的毫米波頻段實現了較好性能，然而饋電網絡與輻射單元處于同一個層面，增加了整個陣列天線的尺寸。有方案采用多層印制電路板制作的大規模毫米波陣列天線，并且獲得了良好的性能，然而用于饋電網的介質基片過厚，且輻射層的介質基片與饋電層的介質基片不一致，不利于多層印制電路板的層壓加工。

射頻前端芯片與天線之間一般通過微帶線相連，目前廣泛的做法是天線與射頻前端芯片設計在同一塊介質基片上，以實現兩者間的直接連接；然而，一些毫米波頻段的系統需要利用多層印制電路板工藝來實現，此時如何實現天線與射頻前端的高效連接是需要解決的問題。

因此，當前相關結構的陣列天線還存在著結構不緊湊、剖面過高、帶寬窄等，以及采用多層印制電路板的毫米波射頻系統中射頻前端與天線相連等問題。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種陣列天線結構及多層過孔結構，采用彎折基片集成波導橫縫結構，并通過對饋電網絡進行匹配設計的方式來實現薄介質基片的情況下增加陣列天線帶寬，以及實現毫米波天線與射頻前端在多層印制電路板上實現不同層，以滿足對尺寸要求及帶寬要求比較高的毫米波系統的設計。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：