[发明专利]相位校准的三维封装表面天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种喇叭天线，尤其是一种相位校准的三维封装表面天线。

背景技术

采用微组装技术，可以把一个射频系统集成到一个封装内，为此也需要把天线集成在封装的表面。在封装表面集成贴片天线是一种很自然的方式，但贴片天线的辐射主向是表面的法向，而我们有时需要的辐射主向是沿着表面方向。如果在封装表面集成喇叭天线就可以实现沿表面方向的辐射。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。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，不适合集成到封装表面。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种相位校准的三维封装表面天线，该喇叭天线内部嵌有金属化过孔阵列用以矫正天线口径面上电磁波的相位不一致，提高三维封装表面天线的口径效率和增益。

技术方案：本发明的相位校准的三维封装表面天线包括设置在介质基板上的金属化垂直过孔馈线、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最上面；所述金属化垂直过孔馈线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，并构成一个或者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。

金属化垂直过孔馈线的一端穿过介质基板底面金属平面上的圆孔与三维封装的内部电路相连，其另一端顶端有个圆形焊盘，金属化垂直过孔馈线顶端圆形焊盘10在介质基板的顶面金属平面的圆孔中心，因此金属化垂直过孔馈线顶端圆形焊盘与介质基板的顶面金属平面没有直接的电接触。

基片集成波导喇叭天线由窄截面波导和喇叭形波导串接构成；窄截面波导的一端是短路面，窄截面波导的另一端与喇叭形波导相连，喇叭形波导的一端是天线口径面。

介质填充波导的一个端口朝着窄截面波导的短路面的方向，介质填充波导的另一个端口位于天线口径面上。

介质填充波导的宽度要保证其主模可以在介质填充波导(17)中传输而不被截止。

金属化过孔线阵中，调整相邻两列金属化过孔线阵之间的距离、或者调整一列金属化过孔线阵与基片集成波导喇叭天线(2)侧壁金属化过孔之间的距离，能够改变介质填充波导的宽度，进而调整在该介质填充波导(17)中电磁波传播的相速，使得到达天线口径面上电磁波的相位分布更均匀。

金属化过孔线阵中，改变一列或者多列内嵌金属化过孔线阵的长度能够改变相应介质填充波导的长度，使得到达天线口径面上电磁波的相位分布更均匀。

金属化过孔线阵的形状可以是直线、折线或其它曲线。

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(11)能够等效为电壁。

金属化过孔中，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，使得构成的金属化过孔阵列可以等效为电壁。

在介质填充波导中，电磁波主模(TE10模)的传播相速都与介质填充波导的宽度有关，介质填充波导的宽度越宽，主模的传播相速就越低；反之，介质填充波导的宽度越窄，主模的传播相速就越高。来自封装内部电路的电磁波信号从金属化垂直过孔馈线的一端通过天线的输入输出端口进入到基片集成波导喇叭天线，在向天线的口径面方向传播一段距离后，遇到一列或者数列金属化过孔阵列，就分成两路或者多路，进入介质填充波导传播，再通过介质填充波导到达天线的口径面；在天线口径面上的电磁波，是通过不同介质填充波导到达的，而且各路经过的路径长度有差异，到达天线口径面的边缘的电磁波所经过的路程较远，但经过的介质填充波导的宽度较窄，电磁波的相速较快；而到达天线口径面中心附近的电磁波所经过路程较近，但经过的介质填充波导的宽度较宽，电磁波的相速较慢。这样通过不同介质填充波导到达天线口径面电磁波的相位保持一致，就达到提高天线增益的目的。同理也可以按照需要在天线的口径面附近实现特定的相位分布。