[發明專利]一種毫米波空氣槽差分集成天線

在審

• 申請號: 201710816522.2
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107591618A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 李連鳴;張濤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q23/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 許丹丹

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種毫米波空氣槽差分集成天線。

背景技術

天線是無線通信系統不可或缺的部分。無線信號通過天線輻射到空間中，實現無線傳播。隨著無線通信系統的發展，系統集成度越來越高，對天線體積、成本和性能都提出了更高的要求。微帶天線具有低成本、易集成等優點。但在毫米波頻段，微帶天線帶寬常常面臨一定限制，需要借助其他技術進行拓寬。天線帶寬拓展技術主要有疊層天線技術和空氣槽技術等。疊層天線技術通過采用疊層結構來提高天線帶寬，但其結構復雜，設計難度較大；相比之下，空氣槽技術通過降低天線介質的有效介電常數來提高天線帶寬，天線結構比較簡單，實現起來相對容易。

在毫米波頻段，天線物理尺寸減小，這使天線與芯片的集成封裝成為可能，毫米波封裝天線設計逐漸成為當今研究的熱點。對毫米波封裝天線而言，其面臨的一個巨大挑戰是實現低插損、高帶寬的芯片天線互聯設計。芯片與天線互聯主要通過金絲鍵合和倒裝焊兩種方式。倒裝焊特點是其寄生效應較小，互聯引入的損耗也相對較小，但其工藝比較復雜，成本較高。金絲鍵合是最為普遍的互聯方式，具有可靠性高、加工簡單、成本低等優勢。但是鍵合線在高頻下的較大電感效應限制了其在高頻段的應用。因此在毫米波頻段下采用鍵合方式互聯時，需要對鍵合線電感進行補償，以降低互聯損耗。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，本發明提出一種毫米波空氣槽差分集成天線，以提高天線帶寬和天線集成度。

技術方案：一種毫米波空氣槽差分集成天線，包括差分饋電網絡、輻射模塊、引向輻射模塊、鍵合線補償網絡和背腔空氣槽；其中，輻射模塊由偶數個左右對稱的兩列輻射貼片單元組成，引向輻射模塊由偶數個左右對稱的兩列引向貼片單元組成，并且輻射貼片數目與引向貼片數目相等；差分饋電網絡由兩根饋線組成，其走線被設置為使得來自外部芯片的信號先由耦合差分線轉變為兩路獨立的幅度相等相位相反的差分信號，兩路信號再分別由一分二的T型結構功分至偶數個左右對稱的輻射貼片單元。為了拓展天線帶寬，在天線基板背部制作空氣槽以降低介質的有效介電常數。在制作空氣槽時，通過直接制作天線陣空氣槽，可有效降低空氣槽加工難度和精度要求。此外，本發明的天線還集成了鍵合線補償網絡，將外部芯片與天線的互聯鍵合線吸收為天線饋線結構的一部分。通過選取合適的鍵合線長度和補償電容尺寸可以進一步提高天線帶寬。鍵合線采用鋁絲材料可進一步降低芯片封裝成本。

有益效果：

1.本發明的毫米波空氣槽差分集成天線采用背腔空氣槽技術。該空氣槽為陣列空氣槽，無需對各個輻射貼片單元分別加工空氣槽，降低了空氣槽加工難度和精度要求。

2.本發明引入了引向貼片單元，引向貼片單元采用部分覆蓋介質層來實現，可以在提高天線帶寬和增益的同時有效降低表面波的影響，而且保證了天線基板介質與外部芯片厚度的一致性。

3.該天線集成了鍵合線補償網絡，可與有源芯片完成直接互聯，降低天線饋線損耗。該天線基板介質厚度與外部芯片厚度相當，可采用常規SMD粘片技術，有利于芯片與天線的封裝實現。

4.天線與外部芯片的互聯采用鋁絲鍵合，具有互聯可靠性高、成本低和易實現等優點。設計時，通過選擇合適的鍵合線長度，可降低天線對鍵合線精度的要求，本發明可應用于大規模自動鍵合生產。

附圖說明

圖1為本發明天線結構正視圖；

圖2為本發明天線基板背面圖

圖3為本發明天線結構剖面圖；

圖4為本發明天線匹配示意圖；

圖5為本發明天線回波損耗圖；

圖6為本發明天線增益效率圖；

圖7為本發明天線E面方向圖；

圖8為本發明天線H面方向圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。