[發(fā)明專利]一種新型寬帶高增益片上基片集成波導(dǎo)天線

有效

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• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109524776B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 騰云龍;傅海鵬;安文星;馬建國;張齊軍;張新
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q13/18
• 代理公司: 12107 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 徐金生

本發(fā)明公開一種新型寬帶高增益片上基片集成波導(dǎo)天線，包括天線主體，所述天線主體包括第一部分和第二部分，第一部分位于第二部分的后側(cè)；第一部分包括從上到下分布的一層頂部金屬層、多個中間金屬層以及一層底部金屬層；第二部分包括水平分布的單層金屬層且與第一部分的底部金屬層位于同一平面且一體成型；所述第一部分中具有一個矩形的基片集成波導(dǎo)諧振腔；所述基片集成波導(dǎo)諧振腔中具有矩形的貼片天線；貼片天線的四周外部環(huán)繞有縫隙；第二部分的橫向中間位置具有縱向分布的微帶線。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有片上天線存在的低增益、低效率及窄帶的問題，顯著提高片上天線的輻射效率和增益，以及提高天線的帶寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線和無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種新型寬帶高增益片上基片集成波導(dǎo)天線。

背景技術(shù)

天線是收發(fā)機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分，它主要承載著發(fā)射與接收電磁波信號的功能。在毫米波及太赫茲頻段，由于頻率較高，天線的尺寸小，采用集成工藝加工生產(chǎn)片上天線，易于集成，相比片外天線，能夠有效避免復(fù)雜的封裝過程，以及互聯(lián)過程中產(chǎn)生的損耗，因此，片上天線的設(shè)計(jì)尤為重要。

目前，片上天線的設(shè)計(jì)所面臨的困難，主要是天線的增益和輻射效率較低，造成這種現(xiàn)象的原因主要分為兩種情況：

第一種情況，天線在集成工藝中的上層金屬層制作，沒有底層金屬作為屏蔽的地板，由于硅襯底介電常數(shù)很大(ε_r＝11.9)，天線輻射電磁波大部分會向硅襯底的方向輻射。然而，標(biāo)準(zhǔn)的硅基集成工藝中，硅襯底具有較小的電阻率(10Ω·m)，這將會產(chǎn)生較大的歐姆損耗，將大量的電磁能量轉(zhuǎn)化為熱。同時，硅襯底較大的相對介電常數(shù)使電磁波在其中轉(zhuǎn)化為表面波耗散。以上兩種損耗，是造成在頂層金屬制作天線，無底層金屬作為屏蔽地板情況下，天線的輻射效率和增益大幅降低的主要原因。

第二種情況，天線制作在集成電路工藝的頂層金屬，底層金屬作為屏蔽地板，抑制電磁波輻射進(jìn)入硅襯底。在標(biāo)準(zhǔn)硅基集成電路工藝中，最頂層和最底層金屬之間的間距非常小(小于15μm)，天線輻射單元和屏蔽地板之間存在強(qiáng)耦合作用，減小了天線的輻射電阻，降低天線的輻射效率。

因此，在設(shè)計(jì)片上天線過程中，突破硅基集成工藝的設(shè)計(jì)局限，有效減小損耗，提高片上天線的增益和輻射效率，成為片上天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。

目前，基片集成波導(dǎo)(SIW)天線，是已被證實(shí)可在硅基集成工藝實(shí)現(xiàn)并用于設(shè)計(jì)的天線，由于其具有的金屬腔結(jié)構(gòu)可有效減少電磁波損耗，設(shè)計(jì)的天線具有較高的效率和增益，可解決片上天線設(shè)計(jì)的難題。但是，由于基片集成波導(dǎo)(SIW)天線的金屬腔體過于薄(小于15μm)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的天線品質(zhì)因數(shù)Q值較高，帶寬過窄。

因此，綜上所述，目前迫切需要提出一種天線，其能夠解決現(xiàn)有片上天線存在的低增益、低效率及窄帶的問題，顯著提高片上天線的輻射效率和增益，以及提高天線的帶寬。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種新型寬帶高增益片上基片集成波導(dǎo)天線，其能夠解決現(xiàn)有片上天線存在的低增益、低效率及窄帶的問題，顯著提高片上天線的輻射效率和增益，以及提高天線的帶寬，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。

為此，本發(fā)明提供了一種新型寬帶高增益片上基片集成波導(dǎo)天線，其特征在于，包括天線主體，所述天線主體包括第一部分和第二部分，所述第一部分位于第二部分的后側(cè)；

所述第一部分包括從上到下分布的一層頂部金屬層、多個中間金屬層以及一層底部金屬層；

所述第二部分包括水平分布的單層金屬層，所述第二部分包括的單層金屬層與所述第一部分的底部金屬層位于同一平面且一體成型；

所述第一部分中具有一個矩形的基片集成波導(dǎo)諧振腔；

所述基片集成波導(dǎo)諧振腔中具有矩形的貼片天線；

所述貼片天線的四周外部環(huán)繞有縫隙；