縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種喇叭天線，尤其是一種縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線。
【背景技術(shù)】
[0002]采用疊層三維多芯片(3D-MCM)技術(shù)，可以把一個(gè)射頻系統(tǒng)集成在一個(gè)三維疊層封裝內(nèi)，為此也需要把天線集成在封裝上。通常是在封裝的表面集成天線，例如把貼片天線集成在封裝的最上面。但是有時(shí)會(huì)需要把天線集成在封裝中間的一個(gè)夾層以滿足系統(tǒng)的需要。如果在封裝內(nèi)部夾層中集成喇叭天線就可以實(shí)現(xiàn)上述要求。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(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。近年來(lái)，基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的基片集成波導(dǎo)喇叭天線具有尺寸小、重量輕、易于平面集成的特點(diǎn)，但傳統(tǒng)的基片集成波導(dǎo)喇叭天線的增益相對(duì)比較低，其原因在于由于喇叭口不斷的張開(kāi)，導(dǎo)致電磁波傳播到喇叭口徑面時(shí)出現(xiàn)相位不同步，口徑電場(chǎng)強(qiáng)度的相位分布不均勻，輻射方向性和增益降低，；另外口徑面上電磁場(chǎng)的幅度也很不均勻，中間大兩邊小，這也影響天線的輻射性能。目前已有采用介質(zhì)加載、介質(zhì)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，也不能改善口徑面上電磁場(chǎng)幅度分布的均勻性，而且這些相位校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)增加了天線的整體結(jié)構(gòu)尺寸，不適合集成到封裝內(nèi)部夾層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是提出一種縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線，在該天線上下兩個(gè)平行的金屬面上，有多條縫隙用以矯正天線口徑面上電磁波的相位不一致、幅度的不均勻，同時(shí)避免口徑面縫隙引起的場(chǎng)強(qiáng)不均勻、增加有效輻射面積，提高夾層天線的口徑效率和增益。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線包括設(shè)置在介質(zhì)基板上的微帶饋線、基片集成波導(dǎo)喇叭天線和縫隙，介質(zhì)基板在三維封裝的內(nèi)層；所述微帶饋線通過(guò)共面波導(dǎo)與三維封裝內(nèi)部電路相連；基片集成波導(dǎo)喇叭天線由位于介質(zhì)基板一面的底面金屬平面、位于介質(zhì)基板另一面的頂面金屬平面和穿過(guò)介質(zhì)基板連接底面金屬平面、頂面金屬平面的金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁組成；底面金屬平面和頂面金屬平面上有多條縫隙，縫隙的長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)，并構(gòu)成中間縫隙、左邊縫隙和右邊縫隙；中間縫隙位于基片集成波導(dǎo)喇叭天線的兩個(gè)側(cè)壁中間的位置，并把基片集成波導(dǎo)喇叭天線分為左右對(duì)稱的左邊子喇叭和右邊子喇叭；左邊縫隙把左邊子喇叭分成第一子喇叭和第二子喇叭；右邊縫隙把右邊的子喇叭分成第三子喇叭和第四子喇叭；第一子喇叭、第二子喇叭、第三子喇叭和第四子喇叭的一個(gè)端口都朝著微帶饋線方向，其另一端口都靠近但不到天線口徑面；
[0005]所述的中間縫隙、左邊縫隙和右邊縫隙形狀都是由頭端部分、多邊形和尾端部分三段依次相連構(gòu)成，中間縫隙、左邊縫隙和右邊縫隙的頭端都朝著微帶饋線方向，中間縫隙、左邊縫隙和右邊縫隙的尾端靠近但不到天線口徑面；
[0006]所述的中間縫隙、左邊縫隙和右邊縫隙中的頭端部分或者尾端部分的形狀是直線、或折線或指數(shù)線；中間縫隙、左邊縫隙和右邊縫隙中的多邊形是三角形、或四邊形、或五邊形或邊數(shù)大于五的多邊形；
[0007]選擇中間縫隙中多邊形頂點(diǎn)的位置和選擇左邊縫隙中頭端部分或多邊形在左邊子喇叭中的位置，可使得通過(guò)第一子喇叭和第二子喇叭中傳輸?shù)膬陕冯姶挪ǖ确嗟竭_(dá)天線的口徑面上；
[0008]選擇中間縫隙中多邊形頂點(diǎn)的位置和選擇右邊縫隙中頭端部分或多邊形在右邊子喇叭中的位置，可使得通過(guò)第三子喇叭和第四子喇叭中傳輸?shù)膬陕冯姶挪ǖ确嗟竭_(dá)天線的口徑面上。
[0009]所述的微帶饋線的一端與喇叭天線相連，微帶饋線的另一端靠近封裝側(cè)面，是天線的輸入輸出端口；微帶饋線通過(guò)天線輸入輸出端口與封裝側(cè)面的共面波導(dǎo)的一端相連，共面波導(dǎo)的另一端與封裝內(nèi)部電路相連。
[0010]所述的左邊子喇叭和右邊子喇叭的寬度均要保證電磁波可以這些子喇叭和中傳輸而不被截止。
[0011 ] 所述的第一子喇叭、第二子喇叭、第三子喇叭和第四子喇叭的寬度均要保證電磁波可以在第一子喇叭、第二子喇叭、第三子喇叭和第四子喇叭中傳輸而不被截止。
[0012]所述的金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁中，相鄰的兩個(gè)金屬化過(guò)孔的間距要小于或等于工作波長(zhǎng)的十分之一，使得構(gòu)成的金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁能夠等效為電壁。
[0013]縫隙離天線口徑面的距離約為半個(gè)波長(zhǎng)。
[0014]在基片集成波導(dǎo)喇叭天線的底面金屬平面上的縫隙與頂面金屬平面上的縫隙一一對(duì)應(yīng)，在基片集成波導(dǎo)喇叭天線底面金屬平面上的縫隙與頂面金屬平面上的縫隙的形狀一樣、數(shù)量相等，底面金屬平面上的縫隙在底面金屬平面上的位置與頂面金屬平面上的縫隙在頂面金屬平面上的位置一樣。
[0015]在子喇叭中，電磁波的傳播相速與子喇叭的寬度有關(guān)，子喇叭的寬度越寬，主模的傳播相速就越低；反之，子喇叭的寬度越窄，主模的傳播相速就越高。來(lái)自封裝內(nèi)部電路的電磁波信號(hào)經(jīng)過(guò)三維封裝側(cè)面的共面波導(dǎo)進(jìn)入天線輸入輸出端口，再通過(guò)微帶饋線進(jìn)入到基片集成波導(dǎo)喇叭天線，在向天線的口徑面方向傳播一段距離后，遇到中間的縫隙，就分成功率相等的兩路分別進(jìn)入左右兩個(gè)子喇叭傳輸。左右兩個(gè)子喇叭完全對(duì)稱，以左邊的子喇叭為例說(shuō)明。當(dāng)電磁波進(jìn)入左邊的子喇叭傳輸后一段距離后，將遇到一個(gè)縫隙，再被分成兩路通過(guò)子喇叭向口徑面?zhèn)鬏?；調(diào)整中間縫隙中多邊形頂點(diǎn)的位置、調(diào)整左邊的子喇叭該縫隙頭端的位置以及縫隙中多邊形頂點(diǎn)的位置，可以改變這兩路電磁波傳輸?shù)南鄬?duì)相速和相對(duì)功率，進(jìn)而調(diào)整通過(guò)兩個(gè)子喇叭傳輸?shù)碾姶挪ㄔ谔炀€口徑面上的相對(duì)相位和相對(duì)幅度；如果這兩個(gè)子喇叭在天線口徑面上的端口寬度相等，調(diào)整中間縫隙中多邊形頂點(diǎn)的位置、調(diào)整在左邊子喇叭中左邊縫隙的頭端部分及多邊形頂點(diǎn)的位置，可以使得通過(guò)兩個(gè)子喇叭傳輸?shù)碾姶挪ǖ墓β氏嗟?，同時(shí)還使得這兩路電磁波同相到達(dá)天線的口徑面；電磁波在右邊的子喇叭中傳輸也是同樣的情況。以上述方式就可以控制在天線口徑面上電磁波的幅度和相位分布，如果保持在天線口徑面上的四個(gè)子喇叭的端口寬度相等，并調(diào)整縫隙的頭端部分及多邊形頂點(diǎn)的位置使得通過(guò)這四個(gè)子喇叭傳輸電磁波的同功率同相到達(dá)天線口徑面，就可以使得在天線口徑面上的場(chǎng)強(qiáng)相位和幅度分布均一致，這樣就可以提高天線的口徑效率和增益的目的。同理也可以按照需要在天線的口徑面上實(shí)現(xiàn)特定的場(chǎng)強(qiáng)幅度和相位分布O
[0016]另外如果縫隙到口徑面上，由于縫隙內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)縫隙兩邊的場(chǎng)強(qiáng)要小一些，特別是縫隙比較寬時(shí)更是如此，這樣導(dǎo)致天線口徑面上縫隙所在的區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)比較小，使得場(chǎng)強(qiáng)發(fā)布不均勻；但縫隙離口徑面有一定距離，就可以避免上述問(wèn)題，這樣口徑面的場(chǎng)強(qiáng)分布也相對(duì)更均勻以及天線的有效輻射面積也變大。
[0017]有益效果:本發(fā)明縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線的有益效果是，可以按照需要調(diào)整天線口徑面上的相位和幅度分布，可以提高天線口徑面上的相位和幅度分布的一致性，避免了縫隙引起的幅度不均勻，從而提高了夾層天線的增益和口徑效率。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線的三維封裝整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線反面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中有:微帶饋線1、基片集成波導(dǎo)喇叭天線2、縫隙3、介質(zhì)基板4、三維封裝5，天線輸入輸出端口 6、共面波導(dǎo)7、內(nèi)部電路8、底面金屬平面9、頂面金屬平面10、金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁11、天線的口徑面12、天線的窄截面波導(dǎo)13、天線的喇叭形波導(dǎo)14、接地面15、中間縫隙16、左邊縫隙17、右邊縫隙18、左邊子喇叭19、右邊子喇叭20、第一子喇叭21、第二子喇叭22、第三子喇叭23和第四子喇叭24。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]本發(fā)明所采用的實(shí)施方案是:縫隙內(nèi)嵌相位幅度校準(zhǔn)的封裝夾層天線包括設(shè)置在介質(zhì)基板4上的微帶饋線1、基片集成波導(dǎo)喇叭天線2和縫隙3，介質(zhì)基板4在三維封裝5的內(nèi)層；所述微帶饋線I通過(guò)共面波導(dǎo)7與三維封裝5內(nèi)部電路8相連；基片集成波導(dǎo)喇叭天線2由位于介質(zhì)基板4 一面的底面金屬平面9、位于介質(zhì)基板4另一面的頂面金屬平面10和穿過(guò)介質(zhì)基板4連接底面金屬平面9、頂面金屬平面10的金屬化過(guò)孔喇叭側(cè)壁11組成；底面金屬平面9和頂面金屬平面10上有多條縫隙3，縫隙3的長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)，并構(gòu)成中間縫隙16、左邊縫隙17和右邊縫隙18 ;中間縫隙16位于基片集成波導(dǎo)喇叭天線2的兩個(gè)側(cè)壁11中間的位置，并把基片集成波導(dǎo)喇叭天線2分為左右對(duì)稱的左邊子喇叭19和右邊子喇叭20 ;左邊縫隙17把左邊子喇叭19分成第一子喇叭21和第二子喇叭22 ;右邊縫隙18把右邊的子喇叭20分成第三子喇叭23和第四子喇叭24 ;第一子喇叭21、第二子喇叭22、第三子喇叭23和第四子喇叭24的一個(gè)端口都朝著微帶饋線I方向，其另一端口靠近但不到天線口徑面12 ；
[0024]所述的中間縫隙16、左邊縫隙17和右邊縫隙18形狀都是由頭端部分、多邊形和尾端部分三段依次相連構(gòu)成，中間縫隙16、左邊縫隙17和右邊縫隙18的頭端都朝著微帶饋線I方向，中間縫隙16、左邊縫隙17和右邊縫隙18的尾端靠近但不到天線口徑面12 ;
[0025]所述的中間縫隙16、左邊縫隙17和右邊縫隙18中的頭端部分或者尾端部分的形狀是直線、或折線或指數(shù)線；中間縫隙16、左邊縫隙17和右邊縫隙18中的多邊形是三角形、或四邊形、或五邊形或邊數(shù)大于五的多邊形；
[0026]選擇中間縫隙16中多邊形頂點(diǎn)的位置和選擇左邊縫隙17中頭端部分或多邊形在左邊子喇叭19中的位置，可使得通過(guò)第一子喇叭21和第二子喇叭22中傳輸?shù)膬陕冯姶挪ǖ确嗟竭_(dá)天線的口徑面12上；
[0027]選擇中間縫隙16中多邊形頂點(diǎn)的位置和選擇右邊縫隙18中頭端部分或多邊形在右邊子喇叭20中的位置，可使得