[发明专利]一种相控阵天线

说明书

本发明公开了一种相控阵天线，属于无线通信技术领域。其包括阵列天线、射频组件和盖板结构。阵列天线与射频组件通过三维MEMS工艺加工制造形成的微同轴结构实现，阵列天线与射频组件采用10层MEMS工艺一体化加工形成，阵列天线采用微带串联馈电形式实现波束一维扫描，射频组件集成了等相位传输线与多功能芯片，用于实现阵列天线馈电的幅度与相位控制，盖板结构为金属材料制造，用于实现射频组件的电磁信号屏蔽。本发明具有低剖面、低损耗和优良的导热性特点。

技术领域

本发明涉及到无线通信技术领域，特别涉及一种相控阵天线。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展以及人们对高速数据传输的需求，更高频段(60GHz)、更快的短距离无线通信技术(WiGig)已经成为了研究热点。但由于60GHz电磁波波长较短、空间传输损耗较大，因而通信系统对天线的增益提出了更高的要求。相控阵天线通过阵列波束合成的方式，能够提高天线的方向性系数，从而提高波束指向增益。此外，通过配置相控阵天线馈电口的幅度及相位，能够实现波束的扫描与赋形。因此，相控阵天线技术在毫米波频段具有广阔的应用前景。

天线的物理尺寸与其工作频率呈反比关系。在60GHz(波长仅为5mm)，天线尺寸非常小(mm量级)。因此，喇叭天线、对数周期天线、卡塞格伦天线、八木天线这几种天线形式，均无法应用在阵列天线技术中。波导缝隙天线尺寸较小，在60GHz可以实现阵列化设计，但存在加工难度较大、成本高的问题。微带天线具有低剖面、小尺寸、轻量化、易于集成的优势，已广泛应用于毫米波频段。目前，已有基于硅、陶瓷、PCB等材料的阵列天线形式，但存在介质基板损耗较大的问题。此外，相控阵天线一般功耗较大，需要高导热材料进行高效导热散热。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种相控阵天线。该天线具有低剖面、低损耗和优良的导热性特点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种相控阵天线，包括从上至下层叠设置的阵列天线、射频组件和盖板结构，

所述阵列天线包括第一金属基板，第一金属基板上表面设有串联辐射贴片，且辐射贴片与金属基板之间支撑材料隔开；所述串联辐射贴片的一端设有用于实现波导馈电的波导背腔，另一端为阵列天线的微同轴传输结构；所述微同轴传输结构包括中心内导体、天线馈电匹配导体和用于支撑中心内导体的介质支撑桥，其中，中心内导体通过天线馈电匹配导体连接在串联辐射贴片的另一端；

所述辐射组件包括第二金属基板，第二金属基板的上表面上设有多功能芯片、转接板和用于实现各天线单元之间等相位配置的地线；所述地线与中心内导体构成一体化结构的等相位传输线；等相位传输线与串联辐射贴片一一对应；等相位传输线通过金丝键合与多功能芯片的公共端口互连；所述转接板包括两个，分别位于多功能芯片的左右两侧，并通过金丝键合的方式与多功能芯片连接；所述多功能芯片连接实现波导传输的微带探针；所述微带探针位于波导背腔中；

所述盖板结构包括第三金属基板，第三金属基板的上表面设有两个连接器，两个连接器与两个转接板连接。

进一步的，所述支撑材料为SU-8厚胶。

进一步的，所述介质支撑桥的材料采用具备低介电常数、低损耗角正切和低应力的特性的材料。

进一步的，所述多功能芯片的下表面焊接有用于实现与射频组件热膨胀系数匹配的可伐或钼铜载体。

进一步的，所述转接板为印制板，其上下表面沉积用可焊金。

进一步的，所述串联辐射贴片包括至少4个辐射贴片，辐射贴片之间通过金属导体互连。

进一步的，所述第一金属基板、第二金属基板和第三金属基板的材料为铜、金、铝或钨金的材料。

进一步的，所述微同轴传输结构为一空腔结构，空腔结构内部设有所述介质支撑桥、中心内导体和天线馈电匹配导体。