CN107453035B - 双槽孔基板导波天线单元及其数组模块 - Google Patents

双槽孔基板导波天线单元及其数组模块 Download PDF

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Abstract

一种双槽孔基板导波天线单元包括一第一基板、一导电层、多个单位辐射组件、一第二基板、一接地导电层及两个第一导通柱。多个单位辐射组件平行设置于导电层上,且每一单位辐射组件包括至少一平行设置的成对槽孔。两个第一导通柱设置于任意两个单位辐射组件之间,以电性连接馈入走线层与导电层。一种双槽孔基板导波天线数组模块也于此处被提出。利用双槽孔可以在有限的面积内加入更多辐射组件,提高天线增益。

Description

双槽孔基板导波天线单元及其数组模块
技术领域
本发明涉及一种天线模块,特别涉及一种双槽孔基板导波天线单元及其数组模块。
背景技术
如图1所示为一种现有的天线结构1,其包括一天线基板10、一馈入基板11、一接地层12、一金属层13以及一微带馈入线14。其中天线结构1为两个基板互相叠置,接地层12设置于两个基板之间,而金属层13设于天线基板10的一上表面。接地层12上具有一开孔121形成于其上。而微带馈入线14设于馈入基板11底部,且微带馈入线14通过开孔121对金属层13馈入无线信号。现有的这种天线结构1除带宽较小,反相辐射过大甚至会有不必要的表面波辐射等问题。
一种上述改良的结构被提出,其在每个开孔旁加入金属连通柱,抵消反射,以达到行进波的效果,可达到较大的带宽,但应用在毫米波频段,频率的波长较短,利用金属连通柱抵消反射需要较精准的制程,因此较不适用,且其辐射组件的距离必须为一个波长,否则无法达到增加增益的效果。
发明内容
本发明提供一种双槽孔基板导波天线单元及其数组模块,利用双槽孔结构可以在有限的面积内加入更多辐射组件,提高天线增益。而利用反相位馈入基板合成波导天线,可以在不对称的馈入下,使得两侧的天线数组具有相同的能量及相位,且可增加天线波束带宽。
本发明一实施例的双槽孔基板导波天线单元,包括一第一基板;一导电层设置于第一基板的一上表面;多个单位辐射组件平行设置于导电层上,其中每一单位辐射组件包括至少一成对槽孔,且成对槽孔平行设置;一第二基板设置于第一基板的一下表面;一接地导电层设置于第二基板的一上表面并位于第一基板与第二基板之间;一馈入走线层设置于第二基板的一下表面;以及两个第一导通柱设置于任意两个单位辐射组件之间,其贯穿第一基板与第二基板以电性连接馈入走线层与导电层。
其中,还包括多个第二导通柱环绕设置于这些单位辐射组件的外围。
其中,每一个单位辐射组件中的这些槽孔为同相辐射。
其中,该槽孔为长方形。
其中,该两个第一导通柱设置于最靠近该第一基板中央的该两个单位辐射组件之间。
其中,该两个第一导通柱为反相馈入结构。
其中,这些单位辐射组件相对于该第一基板的水平线倾斜一角度。
其中,该角度为45度。
其中,这些单位辐射组件为两组该成对槽孔。
本发明又一实施例的双槽孔基板导波天线数组模块,包括一第一基板;一导电层设置于第一基板的一上表面;一第二基板设置于第一基板的一下表面;一接地导电层设置于第二基板的一上表面并位于第一基板与第二基板之间;一馈入走线层设置于第二基板的一下表面;以及多个双槽孔基板导波天线单元数组排列。其中每一双槽孔基板导波天线单元包括:多个单位辐射组件平行设置于导电层上,其中每一单位辐射组件包括至少一成对槽孔,且成对槽孔平行设置;两个第一导通柱设置于任意两个单位辐射组件之间,其贯穿第一基板与第二基板以电性连接馈入走线层与导电层;以及多个第二导通柱环绕设置于多个单位辐射组件的外围,其中相邻的两个双槽孔基板导波天线单元,其多个第二导通柱共享且馈入走线层电性连接多个第一导通柱。
其中,每一个单位辐射组件中的这些槽孔为同相辐射。
其中,该成对槽孔为长方形。
其中,该两个第一导通柱设置于最靠近该第一基板中央的该两个单位辐射组件之间。
其中,该两个第一导通柱为反相馈入结构。
其中,这些单位辐射组件相对于该第一基板的水平线倾斜一角度。
其中,该角度为45度。
其中,这些单位辐射组件为两组该成对槽孔。
附图说明
图1为现有的天线结构示意图。
图2为本发明一实施例的双槽孔基板导波天线单元的俯视图。
图3为图2的AA线段局部剖视图。
图4A为本发明又一实施例的双槽孔基板导波天线单元的俯视图。
图4B为图4A的局部放大示意图。
图5及图6分别为本发明不同实施例的双槽孔基板导波天线数组模块的示意图。
附图标记说明
1天线结构
10天线基板
11馈入基板
12接地层
121开孔
13金属层
14微带馈入线
2双槽孔基板导波天线单元
20第一基板
201上表面
202下表面
21导电层
22单位辐射组件
221、222槽孔
223、224成对槽孔
23第二基板
231上表面
232下表面
24接地导电层
25馈入走线层
26第一导通柱
27第二导通柱
A角度
C水平线
dx距离
dy距离
Py相对位置
ls长度。
具体实施方式
以下通过具体实施例配合附图详加说明,当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
本发明主要提供一种双槽孔基板导波天线单元及其数组模块,双槽孔基板导波天线单元包括一第一基板、一导电层、多个单位辐射组件、一第二基板、一接地导电层及两个第一导通柱,其中,多个单位辐射组件平行设置于导电层上,可以在有限的面积内加入更多辐射组件,提高天线增益。以下将详述本申请的各实施例,并配合附图作为例示。除了这些详细描述之外,本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中,任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的保护范围内,并以权利要求书界定为准。在说明书的描述中,为了使读者对本发明有较完整的了解,提供了许多特定细节;然而,本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下,仍可实施。此外,众所周知的步骤或组件并未描述于细节中,以避免造成本发明不必要的限制。附图中相同或类似的组件将以相同或类似附图标记来表示。特别注意的是,附图仅为示意之用,并非代表组件实际的尺寸或数量,不相关的细节未完全绘出,以求附图的简洁。
请先参考图2及图3,图2及图3分别为本发明一实施例的双槽孔基板导波天线单元的俯视图及其局部剖视图。如图2及图3所示,本发明一实施例的双槽孔基板导波天线单元2包括一第一基板20、一导电层21、多个单位辐射组件22、一第二基板23、一接地导电层24、一馈入走线层25及两个第一导通柱26。导电层21设置于第一基板20的一上表面201,而多个单位辐射组件22则是平行设置于导电层21上,其中每一单位辐射组件22包括至少一成对槽孔221、222,且两个槽孔221、222平行设置,于一实施例中,槽孔221、222包括但不限于长方形。第二基板23设置于第一基板20的一下表面202。接地导电层24设置于第二基板23的一上表面231并位于第一基板20与第二基板23之间。如图3所示,馈入走线层25则设置于第二基板23的一下表面232,对该天线单元馈入一无线信号。两个第一导通柱26设置于任意两个单位辐射组件22之间,其贯穿第一基板20与第二基板23以电性连接馈入走线层25与导电层21,进一步地,接地导电层24具有孔径大于第一导通柱26外径的穿孔,或是具有绝缘结构,以防止第一导通柱26与接地导电层24导通,于一较佳实施例中,两个第一导通柱26设置于最靠近第一基板20中央的两单位辐射组件22之间,利用中央馈入天线,可以减缓天线波束随频率飘移的情形,增加天线波束带宽。此外,于一实施例中,多个第二导通柱27环绕设置于单位辐射组件22的外围。
接续上述说明,于一实施例中,两个第一导通柱26为反相位馈入结构,馈入走线层25的馈入方向为yz方向,对天线来说并非对称的馈入,会造成两侧数组能量不均匀,利用双金属连通柱反相位馈入,可以调整两个金属连通柱的大小,控制上层两侧天线数组的能量及相位。而每一单位辐射组件中的槽孔为同相辐射,可避免辐射的能量抵消,能有效地提升天线的增益。
于一实施例中,如图4A及图4B所示,单位辐射组件22相对于第一基板20的水平线C倾斜一角度A,于一较佳实施例中,角度A为45度。并且,单位辐射组件22中包括两组成对槽孔223、224,如图4A及图4B所示。利用倾斜45度的槽孔来截断波导基本模态的表面电流分布来激发槽孔辐射并达成45度极化方向的需求。多个槽孔的设计可增加辐射孔径,通过控制槽孔之间的位置参数如槽孔对距离波导中心线的距离dx、槽孔对水平方向相对距离dy、上下槽孔对相对位置Py和槽孔长度ls,来控制辐射能量以及操作频率。在天线设计中为了得到最好的增益值,每个槽孔都必须等效为一单位天线,因此数组因子的因素也要考虑,通过多变量的槽孔设计,可以在已知制程的限制之下做优化,增加天线的变量可调程度。同时多槽孔也利用增加表面电流路径的原理来缩短辐射单元之间的距离,使其不用相距一个波导波长,在固定的面积之中增加辐射单元的数量以最大化天线的辐射增益。
此外,请一并参考图5及图6,图5及图6分别为本发明不同实施例的双槽孔基板导波天线数组模块的示意图。与上一实施例差异在于;双槽孔基板导波天线数组模块包括多个双槽孔基板导波天线单元2数组排列,且多个第二导通柱27,环绕设置于该多个单位辐射组件22的外围,其中相邻的两个该双槽孔基板导波天线单元2,其该多个第二导通柱27共享且该馈入走线层25电性连接该多个第一导通柱26。其于组件的结构、布设描述与上述实施例并无太大差异,此即不再赘述。此外,如图5、图6所示,下层馈入走线层25通过中央两个第一导通柱26馈入天线,此反相馈入结构可以减低因为天线数组辐射组件的相位累积造成天现主波束偏移的问题,在高增益的需求之上,波束的偏移会造成增益值大幅减低。并且,本发明所提出的天线架构通过中央馈入的方式可大幅增加天线数组的主波束带宽,使其在所需的应用频段(76~77GHz)的主波束都不会产生主波束偏移的现象。利用多层板下走线中央馈入的方式大幅缩小天线数组的面积,在雷达应用上可以和电路做更好的整合与空间的利用。
综合上述,本发明的双槽孔基板导波天线单元及其数组模块,在基板合成波导架构上提出双槽孔天线作幅射组件,在汽车雷达的长距离监测应用上需要较高的天线增益,但为了缩小化,必须限制天线的面积,双槽孔可以在有限的面积内加入更多辐射组件,且同时两个槽孔发出同相幅射,避免辐射的能量抵消,能有效的提升天线增益。此外,利用反相位双金属连通柱结构由微带线馈入上层基板合成波导结构中央,可以调整两个金属连通柱的大小,使得上层两侧天线数组的能量及相位相等。且波束较不随频率偏移,增加波束带宽。并且,以倾斜的多个槽孔上下摆放辐射的方式除了可增加辐射基本单元的增益,在另一方面通过增加电流路径,来缩短基板单元之间的间距,在固定面积之下增加整体数组的辐射量。通过多个参数设计来控制辐射能量与操作频率,在有制程限制之下可以配合制程增加天线的可调度,每个辐射单元利用45度的倾斜来形成45度线性极化。能量由馈入线馈入后通过两个金属柱的反相中央馈入结构馈入基板合成波导,如此一来可以减低数组相位累积造成的波束偏移问题,使波束的带宽大幅增加,在应用的频段76~77GHz当中可维持所需要的高增益表现。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点,其目的在于使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,不能以之限定本发明的保护范围,即凡依本发明所公开的精神所作的均等变化或修饰,仍应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,包括:
一第一基板;
一导电层,设置于该第一基板的一上表面;
多个单位辐射组件,带状平行设置于该导电层上,其中每一个单位辐射组件包括至少一成对槽孔,且该成对槽孔平行设置;
一第二基板,设置于该第一基板的一下表面;
一接地导电层,其设置于该第二基板的一上表面并位于该第一基板与该第二基板之间;
一馈入走线层,其设置于该第二基板的一下表面;以及
一第一导通柱,设置于两个该单位辐射组件之间,其贯穿该第一基板与该第二基板以电性连接该馈入走线层与该导电层,该第一导通柱与该接地导电层之间绝缘。
2.如权利要求1所述的双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,还包括多个第二导通柱环绕设置于这些单位辐射组件的外围。
3.如权利要求1所述的双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,每一个单位辐射组件中的这些槽孔为同相辐射。
4.如权利要求1所述的双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,该槽孔为长方形。
5.如权利要求1所述的双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,该两个第一导通柱设置于最靠近该第一基板中央的该两个单位辐射组件之间。
6.如权利要求1所述的双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,该两个第一导通柱为反相馈入结构。
7.如权利要求1所述的双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,这些单位辐射组件相对于该第一基板的水平线倾斜一角度。
8.如权利要求7所述的双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,该角度为45度。
9.如权利要求7所述的双槽孔基板导波天线单元,其特征在于,这些单位辐射组件为两组该成对槽孔。
10.一种双槽孔基板导波天线数组模块,其特征在于,包括:
一第一基板;
一导电层,设置于该第一基板的一上表面;
一第二基板,设置于该第一基板的一下表面;
一接地导电层,其设置于该第二基板的一上表面并位于该第一基板与该第二基板之间;
一馈入走线层,其设置于该第二基板的一下表面;以及
多个双槽孔基板导波天线单元,数组排列,其中每一个双槽孔基板导波天线单元包括:
多个单位辐射组件,平行设置于该导电层上,其中每一个单位辐射组件包括至少一成对槽孔,且该成对槽孔平行设置;
一第一导通柱,设置于任意两个该单位辐射组件之间,其贯穿该第一基板与该第二基板以电性连接该馈入走线层与该导电层,该第一导通柱与该接地导电层之间绝缘;以及
多个第二导通柱,环绕设置于该多个单位辐射组件的外围,其中相邻的两个该双槽孔基板导波天线单元,其该多个第二导通柱共享且该馈入走线层电性连接该多个第一导通柱。
11.如权利要求10所述的双槽孔基板导波天线数组模块,其特征在于,每一个单位辐射组件中的这些槽孔为同相辐射。
12.如权利要求10所述的双槽孔基板导波天线数组模块,其特征在于,该成对槽孔为长方形。
13.如权利要求10所述的双槽孔基板导波天线数组模块,其特征在于,该两个第一导通柱设置于最靠近该第一基板中央的该两个单位辐射组件之间。
14.如权利要求10所述的双槽孔基板导波天线数组模块,其特征在于,该两个第一导通柱为反相馈入结构。
15.如权利要求10所述的双槽孔基板导波天线数组模块,其特征在于,这些单位辐射组件相对于该第一基板的水平线倾斜一角度。
16.如权利要求15所述的双槽孔基板导波天线数组模块,其特征在于,该角度为45度。
17.如权利要求15所述的双槽孔基板导波天线数组模块,其特征在于,这些单位辐射组件为两组该成对槽孔。
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