[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于5G毫米波通信的貼片驅(qū)動超表面天線

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• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112787099A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬偉康;曹立強(qiáng);王啟東
• 申請（專利權(quán)）人: 華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q15/00;H01Q1/00;H01Q21/06;H01Q21/00
• 代理公司: 上海智晟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 張東梅

本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于5G毫米波通信的貼片驅(qū)動超表面天線，包括：第一介質(zhì)層；矩形輻射貼片，所述矩形輻射貼片設(shè)置在所述第一介質(zhì)層的上表面；環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)，所述環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述第一介質(zhì)層的下表面，所述環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)與矩形輻射貼片無電氣連接；第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層設(shè)置在所述第一介質(zhì)層和所述環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)的下方；帶槽的金屬地板，所述帶槽的金屬地板設(shè)置在所述第二介質(zhì)層的下表面；矩形凹槽，所述矩形凹槽貫穿設(shè)置在所述帶槽的金屬地板中；第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層設(shè)置在所述帶槽的金屬地板的下方；以及終端開路微帶饋線，所述終端開路微帶線、所述環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)、所述矩形凹槽和所述矩形輻射貼片的中心處于同一垂直位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于5G毫米波通信的超表面天線及其陣列。

背景技術(shù)

5G無線通信系統(tǒng)中，微帶貼片天線得到廣泛應(yīng)用。微帶貼片天線具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、剖面低等優(yōu)點(diǎn)，是5G毫米波封裝天線(Antenna-in-package，AiP)應(yīng)用的良好選擇。

近年來，電磁超表面(Electromagnetic Metasurface)對電磁波的調(diào)控研究與應(yīng)用得到了快速的發(fā)展。電磁超表面是一種二維電磁超材料，在超薄尺寸上制造周期性或非周期性排列的亞波長金屬結(jié)構(gòu)以此形成電磁超表面。與三維電磁超材料相比，電磁超表面大大降低了復(fù)雜制作工藝的要求，具有損耗低、重量輕、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，可以有效調(diào)控電磁波的相位、幅度、極化與輻射等特性，在天線工程應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。

隨著移動通信技術(shù)快速發(fā)展，5G無線通信系統(tǒng)對天線性能要求越來越高。為了滿足5G毫米波無線通信系統(tǒng)的小型化和高數(shù)據(jù)速率的需求，眾多研究者在天線設(shè)計(jì)與研發(fā)上投入了大量的精力。但現(xiàn)階段，貼片天線的發(fā)展仍面臨著許多需要迫切需要解決的問題。一方面，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的貼片天線在小型化方面面臨許多難題，尤其是縱向的小型化，貼片天線的剖面降低導(dǎo)致帶寬等性能隨之降低；另一方面，貼片天線在有限的剖面高度下提高帶寬也面臨許多困難。

目前，提高貼片天線帶寬的技術(shù)主要包括疊層貼片，空氣腔，U型、L型和E型貼片以及貼片負(fù)載超材料等天線技術(shù)。但是，疊層貼片技術(shù)貼片天線需要增加額外的剖面高度來實(shí)現(xiàn)帶寬的疊層結(jié)構(gòu)；空氣腔貼片天線面臨著天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在毫米波高密度集成系統(tǒng)中工藝難度高等問題；利用L型、U型、E型等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)寬頻帶，但這一類不對稱的貼片結(jié)構(gòu)會引起高交叉極化的問題；現(xiàn)代天線工程中利用負(fù)載超材料的貼片天線也能一定程度上增加帶寬，但多數(shù)設(shè)計(jì)性能提升有限且增加天線單元的面積，不利于天線陣列布局設(shè)計(jì)。。

針對現(xiàn)有的5G毫米波無線通信所需的貼片天線小型化導(dǎo)致帶寬等性能降低，貼片天線帶寬提高方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于5G毫米波通信的貼片驅(qū)動超表面天線，在現(xiàn)有的貼片天線的基礎(chǔ)上引入了環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)，至少部分的克服了上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有的5G毫米波無線通信所需的貼片天線小型化導(dǎo)致帶寬等性能降低，貼片天線帶寬提高方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供一種應(yīng)用于5G毫米波通信的貼片驅(qū)動超表面天線，包括：

第一介質(zhì)層；

矩形輻射貼片，所述矩形輻射貼片設(shè)置在所述第一介質(zhì)層的上表面；

環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)，所述環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述第一介質(zhì)層的下表面，所述環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)與矩形輻射貼片無電氣連接；

第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層設(shè)置在所述第一介質(zhì)層和所述環(huán)型超表面結(jié)構(gòu)的下方；

帶槽的金屬地板，所述帶槽的金屬地板設(shè)置在所述第二介質(zhì)層的下表面；

矩形凹槽，所述矩形凹槽貫穿設(shè)置在所述帶槽的金屬地板中；

第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層設(shè)置在所述帶槽的金屬地板的下方；以及