[发明专利]基于一种或多种超材料结构的天线阵列

说明书

一种天线阵列，该天线阵列具有分层结构，包括：基层，该基层具有超材料结构；印刷电路板(PCB)层；馈电层，该馈电层被布置在该PCB的与(多个)RF IC相反的一侧；以及辐射层，该辐射层被布置在该馈电层上，该辐射层包括多个辐射元件，其中，该超材料结构被布置为衰减一定频带中的在至少两个相邻波导之间传播的电磁辐射。

技术领域

本披露涉及天线阵列，特别是相控阵列天线和波束控制天线。该天线阵列适合用在例如电信和雷达收发器中。

背景技术

相控阵列天线经常用在雷达系统(例如汽车雷达应用)中、以及用在电信中。天线阵列的设计通常由于需要考虑损耗而受到阻碍，损耗例如呈从波导泄漏的电磁辐射的形式。

相控阵列天线中的天线元件通常被设计成间隔开等于或大于工作频率下的电磁辐射的二分之一波长的距离。因此，当工作频率增加时，由于波长减小，可以将天线阵列制作得更小。这有许多优点，在空间受限的应用(例如汽车通信和传感器天线)中尤其如此。然而，减小的尺寸也增大了不同阵列元件之间由于例如电磁波沿天线阵列的传播而相互影响的风险。这种风险也必须加以管理。

US 8,803,638 B2披露了一种波导布置，其中使用突出柱来阻止电磁波在不希望的方向上的传播。

然而，仍然需要一种具有降低的损耗的改进的天线阵列。

发明内容

本披露的目的是提供一种紧凑的低损耗天线阵列。

该目的是通过用于在一定频带中操作的天线阵列来实现的。该天线阵列具有分层结构，包括基层，该基层具有超材料结构，其中，该超材料结构被布置为衰减该频带中的沿所述基层传播的电磁辐射。该天线阵列还包括印刷电路板(PCB)层，该印刷电路板层被布置在该基层的顶部上，并且包括布置在该PCB的面向该基层的一侧上的至少一个射频(RF)集成电路(IC)。该PCB进一步包括用于将RF信号从该(这些)RF IC传递到该PCB的相反侧的一个或多个馈源。

另外，该天线阵列包括布置在该PCB的与该一个或多个RF IC相反的一侧上的馈电层。该馈电层包括布置在该馈电层的远离该PCB的一侧上的至少一个波导，每个这样的波导包括脊，电磁波沿脊传导，并且每个这样的波导还包括一个或多个超材料结构。超材料结构被布置为衰减该频带中的在除了沿波导以外的其他方向上传播的电磁辐射。例如，超材料结构可以被配置为衰减相邻波导之间的传播，从而减轻泄漏。该天线阵列还包括布置在馈电层上的辐射层，该辐射层包括用于发射和/或接收RF信号的多个辐射元件。

所描述的天线阵列是紧凑的，但由于存在衰减不希望的方向上传播的电磁辐射的超材料结构，仍能保持低损耗。例如，在馈电层中放置超材料使相邻波导之间的相互影响最小化，从而使相邻天线元件之间的相互影响最小化。这样的相互影响可能会导致信号质量的降级。如果没有超材料结构，则需要在波导之间有更大的间距来保持信号质量。

有利地，不需要除了超材料结构之外的屏蔽元件，这简化了设计。此外，不需要高级连接器，比如高精度同轴电缆连接器，这是一个优点。

根据各方面，该天线阵列中的超材料结构可以包括至少两种元件类型，该第一类型的元件包括导电材料，并且该第二类型的元件包括电绝缘材料，该第一类型的元件与该第二类型的元件交错，该第一类型的元件和该第二类型的元件的物理尺寸小于该频带中的电磁辐射的波长，使得该频带中的电磁辐射被该超材料结构衰减。

已经观察到，这种类型的超材料会导致一定频带中的电磁辐射的衰减(该频带也称为该材料的电磁带隙)，同时该超材料是紧凑且易于制造的。

例如，存在不同方式可以实现例如馈电层上的超材料结构。