[发明专利]一种天线阵列和射频前端器件与芯片集成的电子设备

说明书

本发明公开了一种天线阵列和射频前端器件与芯片集成的电子设备，包括工作于毫米波频段的天线阵、射频前端器件和接口引脚，所述天线阵列采用毫米波有源相控阵天线，包括多个天线单元，所述多个天线单元之间设有0.1～10个波长的距离，所述天线单元呈阵元设置，其阵元数量为2个至数千个；所述天线阵列集成于芯片背部，所述射频前端器件集成于天线阵列下方。本发明的天线阵列与射频前端器件集成于同一芯片封装中，减少路径损耗，节约器件放置空间。

技术领域

本发明涉及5G移动通讯领域，具体涉及一种天线阵列和射频前端器件与芯片集成的电子设备。

背景技术

目前，随着5G(第五代移动通信)商用离我们越来越近，毫米波在移动通信设备上的应用也更加受到重视。毫米波是指波长在1mm～10mm，即频率为30～300GHz的电磁波（如28GHz、37 GHz、39 GHz等，其中频率为60GHz左右为免许可频段），其可用带宽远大于目前所用的sub 6GHz微波频段。根据香农（Shannon）定理，信道容量Rmax与信道带宽W，信噪比S/N关系为： Rmax=W*log2(1+S/N)。因此更宽的带宽，意味着更大的信道容量，因此可以更好地满足5G通讯对大数据流量的需求。

但是由于波长短，在信道中的传播衰减更快，绕射能力极弱，因此通常用于视距（LOS）通信。采用常规的单个天线形式，或者MIMO技术增加天线数量，已无法解决此问题。常见的天线阵列的形式由于波束成形使得主瓣增益高、波束窄，可以增加传输距离，但是如果不能实现波束扫描，当基站信号与其主瓣没有对准时会出现信号急剧衰减。而常规的贴片天线或微带天线阵元形式，天线增益较低，多天线阵元之间的耦合较强，无法适应毫米波对高增益的要求。

同时，由于毫米波的高频特性，其在射频前端的电路传输线损也需要尽量减小，传统的天线与各功能模组分开设计加工再通过高频线缆连接的方式已经无法满足，天线阵与射频前端集成设计是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种天线阵列和射频前端器件与芯片集成的电子设备，天线阵列与射频前端器件集成于同一芯片封装中，减少路径损耗，节约器件放置空间。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种天线阵列和射频前端器件与芯片集成的电子设备，包括工作于毫米波频段的天线阵、射频前端器件和接口引脚，所述天线阵列采用毫米波有源相控阵天线，包括多个天线单元，所述多个天线单元之间设有0.1～10个波长的距离，所述天线单元呈阵元设置，其阵元数量为2个至数千个；所述天线阵列集成于芯片背部，所述射频前端器件集成于天线阵列下方。

作为一种优选，所述天线单元为类八木天线阵元，所述类八木天线阵元由不同层部件构成，包括引向器、有源辐射振子、导通连接部件、巴伦和反射器，所述引向器位于有源辐射振子上层，所述有源辐射振子通过位于跨层结构中的导通连接部件与位于下一层的巴伦相连接，所述反射器为射频前端器件的主地，与巴伦位于同一层。

作为一种优选，所述多个天线单元采用8阵元矩形阵阵列分布形式，其中8个天线阵元分为4组，每组2个排列于芯片的四边，8个天线阵元构成首尾相连的口字型矩形阵列分布形式。

作为一种优选，所述引向器由数个无源引向单元构成，与有源辐射振子相对应设置，每个无源引向单元均为内部挖空的金属片，数个无源引向单元的组合排列方式包括但不限于矩形、圆形、三角形、口字型的阵列排列。

作为一种优选，所述有源辐射振子采用蝴蝶结半波偶极子天线形式。

作为一种优选，所述巴伦为微带形式，通过导通连接部件与所述有源辐射振子实现跨层导通，其两臂长度相差半个波长，以实现差模激励。

作为一种优选，所述反射器大于四分之一波长。

作为一种优选，所述射频前端器件包括双工器、功率放大器、低噪声放大器、衰减器、功率分配/合成网络和移相器。