[发明专利]相位阻抗校准的封装夹层天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种喇叭天线，尤其是一种相位阻抗校准的封装夹层天线。

背景技术

采用叠层三维多芯片（3D-MCM）技术，可以把一个射频系统集成在一个三维叠层封装内，为此也需要把天线集成在封装上。通常是在封装的表面集成天线，例如把贴片天线集成在封装的最上面。但是有时会需要把天线集成在封装中间的一个夹层以满足系统的需要。如果在封装内部夹层中集成喇叭天线就可以实现上述要求。但是，通常喇叭天线是非平面的，与平面电路工艺的不兼容、具有的较大的几何尺寸，从而限制了其在封装结构上的应用。近年来，基于基片集成波导技术发展的基片集成波导喇叭天线具有尺寸小、重量轻、易于平面集成的特点，但传统的基片集成波导喇叭天线的增益相对比较低，其原因在于由于喇叭口不断的张开，导致电磁波传播到喇叭口径面时出现相位不同步，口径电场强度的相位分布不均匀，辐射方向性和增益降低，而且口径面上电磁波的波阻抗不同于自由空间的波阻抗，在介质与空气分界面上会引起电磁波反射、影响了天线的回波损耗和辐射性能。目前已有采用介质加载、介质棱镜等方法，矫正喇叭口径面相位的不同步，但是这些方法都不能改善口径面上喇叭天线与自由空间波阻抗的不一致，也不能改善口径面上电磁场幅度分布的均匀性，而且这些相位校准结构增加了天线的整体结构尺寸，不适合集成到封装内部夹层。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提出一种相位阻抗校准的封装夹层天线，该天线内部嵌有金属化过孔阵列可以改善天线口径面上电磁波的相位均匀性以及避免天线在介质与自由空间分界面上的反射，提高三维封装夹层天线的口径效率和增益。

技术方案：本发明的一种相位阻抗校准的封装夹层天线包括设置在介质基板上的微带馈线、基片集成波导喇叭天线和内嵌金属化过孔，介质基板在三维封装的内层；所述微带馈线通过共面波导与三维封装的内部电路相连；基片集成波导喇叭天线由位于介质基板一面的底面金属平面、位于介质基板另一面的顶面金属平面和穿过介质基板连接底面金属平面顶面金属平面的金属化过孔喇叭侧壁组成；基片集成波导喇叭天线中内嵌的金属化过孔连接底面金属平面和顶面金属平面，并构成多个金属化过孔阵列；金属化过孔阵列在喇叭天线中形成多个介质填充波导，介质填充波导在天线口径面上端口的波阻抗等于自由空间波阻抗。

所述的微带馈线的一端与喇叭天线相连，微带馈线的另一端靠近封装侧面，是天线的输入输出端口；微带馈线通过天线输入输出端口与封装侧面的共面波导的一端相连，共面波导的另一端与封装内部电路相连。

所述的基片集成波导喇叭天线由窄截面波导、喇叭形波导和宽截面波导串接构成；窄截面波导的一端是微带馈线，窄截面波导的另一端与喇叭形波导相连，喇叭形波导的一端与窄截面波导相连，喇叭形波导的另一端与宽截面波导相连，宽截面波导的另一端是天线口径面。

所述的金属化过孔阵列形状都是由头端直线段、多边形和尾端直线段三段相连构成，金属化过孔阵列的头端都朝着微带馈线方向，金属化过孔阵列的尾端在天线口径面上。

所述的金属化过孔阵列中的头端直线段或者尾端直线段的形状可以是直线、折线或者其它曲线，其长度可以是零或者是有限长度。

所述的金属化过孔阵列中的多边形可以是三角形、四边形、五边形或其它多边形，多边形的一条边或者多条边的形状可以是直线、弧线或其它曲线。

所述的介质填充波导的宽度均要保证其主模可以在介质填充波导中传输而不被截止。

所述的介质填充波导的一端均朝着微带馈线方向，其另一端均在天线口径面上，并且介质填充波导在天线口径面上端口的宽度都一样。

选择金属化过孔阵列中头端直线段或多边形在左边介质填充波导中的位置，使得通过介质填充波导传输的多路电磁波同相到达天线的口径面上。

金属化过孔喇叭侧壁中，相邻的两个金属化过孔的间距要小于或等于工作波长的十分之一，使得构成的金属化过孔喇叭侧壁能够等效为电壁；相邻的两个金属化过孔的间距要等于或者小于工作波长的十分之一，使得构成的中间金属化过孔阵列、左边金属化过孔阵列和右边金属化过孔阵列可以等效为电壁。