[发明专利]一种提高增益的毫米波介质谐振天线

说明书

本发明公开了一种提高增益毫米波介质谐振天线，该天线从上至下包括顶层金属贴片，矩形介质谐振器，中间金属层，硅基介质层，金属化通孔，底层金属层。顶层金属贴片加载在矩形介质谐振器上，矩形介质谐振器和顶层金属贴片构成天线辐射结构，矩形介质谐振器置于中间金属层上，中间金属层置于硅基介质层和矩形介质谐振器之间，并开有矩形耦合窗，硅基介质层置于中间金属层和底层金属层之间，金属化通孔贯穿硅基介质层连接中间金属层和底层金属层。电磁波通过馈电结构馈入，并通过中间金属层的耦合窗耦合到天线辐射结构。本发明利用矩形介质谐振器上加载贴片的方式，组成具有两个介质谐振单元的二元天线阵列，大幅提高了天线的增益。

技术领域

本发明属于硅基毫米波天线领域，提供一种提高增益的毫米波介质谐振天线。

背景技术

当下毫米波天线单元主要采用贴片天线，缝隙天线，介质谐振天线等形式。

(1)贴片天线：传统的贴片天线单元具有高Q值，易加工的特点。但是，在硅基介质上，由于硅基介质具有高介电常数的特性，贴片天线的增益通常低于0dBi，且在毫米波频段的工作带宽通常低于5％。

(2)缝隙天线：传统的缝隙天线单元具有易加工，小体积的特点。但是，由于硅基介质的高介电常数，缝隙天线在硅基介质上的辐射效率很低。

(3)介质谐振天线：介质谐振天线是良好的天线单元，介质谐振天线具有高辐射效率，小体积。传统的介质谐振天线通常采用矩形介质谐振天线的形式，通过调节矩形介质谐振天线的长，宽，高来控制天线的谐振模式，是片上天线的良好解决方案。文章(Debin Hou,Wei Hong,Wang-Ling Goh and others,“D-Band On-Chip Higher-Order-ModeDielectric-Resonator Antennas Fed by HalfMode Cavity in CMOS Technology”IEEEAntennas and Propagation Magazine,Vol.56,No.3,June 2014)提出一种利用高次模谐振的矩形介质谐振天线，该天线具有7.5dBi的增益和7％的带宽，解决了片上天线增益低的难题。但是，由于该天线工作于高次模的工作模式，介质谐振器中有部分电场反相，这会降低天线的有效口径效率，降低天线的增益。

发明内容

发明目的：为了克服传统片上天线增益低的问题，本发明公开了一种提高增益的毫米波介质谐振天线。本发明在解决传统片上天线增益低的问题的同时提供了一种利用顶层金属贴片来对介质谐振单元进行横向组阵的方案，使介质谐振天线组阵的加工更加简单，方便。

技术方案：本发明提出一种提高增益的毫米波介质谐振天线，该谐振天线包括馈电结构和辐射结构；所述馈电结构包括硅基介质层(4)、中间金属层(3)、以及底层金属层(6)，所述辐射结构包括矩形金属贴片(1)和矩形介质谐振器(2)，所述矩形金属贴片(1)位于矩形介质谐振器(2)顶面上；所述矩形介质谐振器(2)的底面与硅基介质层(4)的顶面之间设有中间金属层(3)，底层金属层(6)位于硅基介质层(4)的底面上；硅基介质层(4)的顶面和底面之间贯穿有多个金属化通孔(5)，金属化通孔(5)两端分别与中间金属层(3)和底层金属层(6)物理连接，所述中间金属层(3)设置有耦合窗(3-1)；所述矩形金属贴片(1)与矩形介质谐振器(2)在垂直方向上中心重叠，所述耦合窗(3-1)与矩形介质谐振器(2)在垂直方向上中心重叠。

优选的，所述多个金属化通孔(5)包括平行的两行横向排列金属化通孔和一列纵向排列的金属化通孔，所述两行横向排列金属化通孔和一列纵向排列的金属化通孔呈“匚”形排列，所述耦合窗(3-1)在垂直方向上位于两行横向排列金属化通孔和纵向排列的金属化通孔的中间位置。