[发明专利]一种毫米波空气槽差分集成天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种毫米波空气槽差分集成天线。

背景技术

天线是无线通信系统不可或缺的部分。无线信号通过天线辐射到空间中，实现无线传播。随着无线通信系统的发展，系统集成度越来越高，对天线体积、成本和性能都提出了更高的要求。微带天线具有低成本、易集成等优点。但在毫米波频段，微带天线带宽常常面临一定限制，需要借助其他技术进行拓宽。天线带宽拓展技术主要有叠层天线技术和空气槽技术等。叠层天线技术通过采用叠层结构来提高天线带宽，但其结构复杂，设计难度较大；相比之下，空气槽技术通过降低天线介质的有效介电常数来提高天线带宽，天线结构比较简单，实现起来相对容易。

在毫米波频段，天线物理尺寸减小，这使天线与芯片的集成封装成为可能，毫米波封装天线设计逐渐成为当今研究的热点。对毫米波封装天线而言，其面临的一个巨大挑战是实现低插损、高带宽的芯片天线互联设计。芯片与天线互联主要通过金丝键合和倒装焊两种方式。倒装焊特点是其寄生效应较小，互联引入的损耗也相对较小，但其工艺比较复杂，成本较高。金丝键合是最为普遍的互联方式，具有可靠性高、加工简单、成本低等优势。但是键合线在高频下的较大电感效应限制了其在高频段的应用。因此在毫米波频段下采用键合方式互联时，需要对键合线电感进行补偿，以降低互联损耗。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，本发明提出一种毫米波空气槽差分集成天线，以提高天线带宽和天线集成度。

技术方案：一种毫米波空气槽差分集成天线，包括差分馈电网络、辐射模块、引向辐射模块、键合线补偿网络和背腔空气槽；其中，辐射模块由偶数个左右对称的两列辐射贴片单元组成，引向辐射模块由偶数个左右对称的两列引向贴片单元组成，并且辐射贴片数目与引向贴片数目相等；差分馈电网络由两根馈线组成，其走线被设置为使得来自外部芯片的信号先由耦合差分线转变为两路独立的幅度相等相位相反的差分信号，两路信号再分别由一分二的T型结构功分至偶数个左右对称的辐射贴片单元。为了拓展天线带宽，在天线基板背部制作空气槽以降低介质的有效介电常数。在制作空气槽时，通过直接制作天线阵空气槽，可有效降低空气槽加工难度和精度要求。此外，本发明的天线还集成了键合线补偿网络，将外部芯片与天线的互联键合线吸收为天线馈线结构的一部分。通过选取合适的键合线长度和补偿电容尺寸可以进一步提高天线带宽。键合线采用铝丝材料可进一步降低芯片封装成本。

有益效果：

1.本发明的毫米波空气槽差分集成天线采用背腔空气槽技术。该空气槽为阵列空气槽，无需对各个辐射贴片单元分别加工空气槽，降低了空气槽加工难度和精度要求。

2.本发明引入了引向贴片单元，引向贴片单元采用部分覆盖介质层来实现，可以在提高天线带宽和增益的同时有效降低表面波的影响，而且保证了天线基板介质与外部芯片厚度的一致性。

3.该天线集成了键合线补偿网络，可与有源芯片完成直接互联，降低天线馈线损耗。该天线基板介质厚度与外部芯片厚度相当，可采用常规SMD粘片技术，有利于芯片与天线的封装实现。

4.天线与外部芯片的互联采用铝丝键合，具有互联可靠性高、成本低和易实现等优点。设计时，通过选择合适的键合线长度，可降低天线对键合线精度的要求，本发明可应用于大规模自动键合生产。

附图说明

图1为本发明天线结构正视图；

图2为本发明天线基板背面图

图3为本发明天线结构剖面图；

图4为本发明天线匹配示意图；

图5为本发明天线回波损耗图；

图6为本发明天线增益效率图；

图7为本发明天线E面方向图；

图8为本发明天线H面方向图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。