CN109066053B - 一种高增益低副瓣的毫米波封装天线 - Google Patents

一种高增益低副瓣的毫米波封装天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高增益低副瓣的毫米波封装天线，包括引线框架，引线框架上设有毫米波IC芯片和毫米波天线，毫米波IC芯片与毫米波天线之间实现高频互连，还包括封装罩，封装罩将毫米波IC芯片与毫米波天线密封在引线框架内，毫米波天线包括辐射单元，封装罩上对应毫米波天线辐射单元的位置处设有喇叭状凹槽，喇叭状凹槽的槽壁表面被金属覆盖。本发明通过在封装罩上设计喇叭状凹槽，能够有效提升天线的增益，降低天线的副瓣电平，并且不影响回波损耗性能，从而能够实现小型化、低成本和高性能的毫米波封装天线。

Description

一种高增益低副瓣的毫米波封装天线
技术领域
本发明涉及封装天线领域，特别是涉及毫米波封装天线。
背景技术
随着现代无线通信技术的迅猛发展，人们对数据传输速率要求越来越高。毫米波段的宽频带特性使通信容量提升，从而大大提高了传输质量和传输速率。同时毫米波频段有频带资源丰富、保密性强、分辨率高及抗干扰等优势，未来将被广泛的应用于医疗器械、公共设施、汽车雷达、安检和国防等领域。
常规的毫米波系统由分立元件构成，这些分立元件以较低的集成度独立的封装或者安装在印刷电路板、封装件上，这导致毫米波系统集成度较低，结构臃肿，设计难度大，增加系统成本。使用毫米波封装技术可实现小型化、低功耗、低成本、高集成度的毫米波系统，这是未来重要的发展方向。
对于毫米波封装天线来讲，辐射增益是衡量其性能的重要标准。提高天线增益，可以有效降低发射机的发射功率，降低系统功耗，提高传输距离。通常，副瓣会导致天线向不需要的方向辐射能量，对其他系统来讲是噪声，会影响其系统性能。因此高增益低副瓣的天线或者阵列可降低系统复杂度，是未来天线发展的趋势。然而，现有技术中的天线增益还不够高，副瓣还不够低。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的高增益低副瓣的毫米波封装天线。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的高增益低副瓣的毫米波封装天线，包括引线框架，引线框架上设有毫米波IC芯片和毫米波天线，毫米波IC芯片与毫米波天线之间实现高频互连，还包括封装罩，封装罩将毫米波IC芯片与毫米波天线密封在引线框架内，毫米波天线包括辐射单元，封装罩上对应毫米波天线辐射单元的位置处设有喇叭状凹槽，喇叭状凹槽的槽壁表面被金属覆盖。
进一步，所述毫米波IC芯片与毫米波天线之间通过键合线实现高频互连。
进一步，所述毫米波IC芯片与毫米波天线之间通过金带键合线实现高频互连。
进一步，所述毫米波IC芯片与毫米波天线之间通过倒装焊球实现高频互连。
进一步，所述封装罩采用非金属材料制成。
进一步，所述封装罩通过注塑材料或者陶瓷填充实现。
有益效果：本发明公开了一种高增益低副瓣的毫米波封装天线，通过在封装罩上设计喇叭状凹槽，能够有效提升天线的增益，降低天线的副瓣电平，并且不影响回波损耗性能，从而能够实现小型化、低成本和高性能的毫米波封装天线。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的实施例1中的天线的剖面图；
图2为本发明具体实施方式的实施例1中的天线的俯视图；
图3为本发明具体实施方式的实施例2中的天线的剖面图；
图4为本发明具体实施方式的实施例2中的天线的俯视图；
图5为本发明具体实施方式的实施例1中天线在有无封装罩情况下的增益仿真结果对比图；
图6为本发明具体实施方式的实施例1中天线在有无封装罩情况下的方向图E面仿真结果对比图；
图7为本发明具体实施方式的实施例1中天线在有无封装罩情况下的方向图H面仿真结果对比图；
图8为本发明具体实施方式的实施例1中天线在有无封装罩情况下的回波损耗仿真结果对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
实施例1：
本实施例公开了一种高增益低副瓣的毫米波封装天线，如图1和图2所示，整个毫米波封装天线安装在封装基板151上，包括引线框架11，引线框架11上设有毫米波IC芯片21和毫米波天线31，毫米波天线31设计在单层微波基板101上，毫米波IC芯片21与毫米波天线31之间通过金带键合线51实现高频互连，毫米波IC芯片21与引线框架11之间通过键合线41连接，键合线41连接引线框架11上的金属引线141，将毫米波IC芯片21的低频和直流引脚通过引线框架11引到外面，以便与外面电路实现电气互连。通过使用金带键合线51并减小毫米波IC芯片21与毫米波天线31之间的距离，可以有效降低高频互连结构的Q值，提升互连带宽，降低互连损耗。毫米波天线31包括差分互连补偿网络161和作为辐射单元的差分贴片天线111，差分贴片天线111和差分互连补偿网络161之间通过差分馈线131连接。毫米波封装天线还包括封装罩91，封装罩91将毫米波IC芯片21与毫米波天线31密封在引线框架11内，封装罩91上对应差分贴片天线111的位置处设有喇叭状凹槽71，喇叭状凹槽71的槽壁61表面被金属覆盖。封装罩91采用非金属材料制成，具体的，通过注塑材料或者陶瓷填充实现。引线框架11中还有注塑材料81。
图5是仿真曲线图，表示实施例1的毫米波封装天线在有无非金属封装罩91情况下增益仿真结果对比。从结果上看，无封装罩91情况下，毫米波封装天线增益在较低频段较小，在较高频段较大，57GHz下增益为10.6dBi，66GHz下增益为12.7dBi，增益不平坦。当有封装罩91情况下，封装天线增益在整个频段有所提升，57GHz下增益为12.4dBi，66GHz下增益为14.0dBi，带宽内天线增益提升2dB左右。
图6是仿真曲线图，表示实施例1的毫米波封装天线在有无非金属封装罩91情况下辐射方向图E面仿真结果对比。从结果上看，有无封装罩91情况下，毫米天线3dB波束宽度相当。但是有封装罩91时，阵列天线的副瓣明显被抑制。
图7是仿真曲线图，表示实施例1的毫米波封装天线在有无非金属封装罩91情况下辐射方向图仿真结果对比。从结果上看，有封装罩91情况下，毫米天线3dB波束宽度变窄。
图8是仿真曲线图，表示实施例1的毫米波封装天线在有无非金属封装罩91情况下回波损耗仿真结果对比。从结果上看，有无封装罩91情况下，-10dB的带宽都从59GHz到66GHz，60GHz下的相对带宽为11.6％。封装罩91不影响对毫米天线的回波损耗。
实施例2：
本实施例公开了一种高增益低副瓣的毫米波封装天线，如图3和图4所示，整个毫米波封装天线安装在封装基板152上，包括引线框架12，引线框架12上设有毫米波IC芯片22和毫米波天线32，毫米波天线32设计在单层微波基板102上，毫米波IC芯片22与毫米波天线32之间通过倒装焊球52实现高频互连，毫米波IC芯片22与引线框架12之间通过倒装焊球42连接，倒装焊球42连接引线框架12上的金属引线142，将毫米波IC芯片22的低频和直流引脚通过引线框架12引到外面，以便与外面电路实现电气互连。毫米波天线32作为辐射单元的单端贴片天线112，为消除倒装焊球52引入的寄生电感，提升互连带宽，降低互连损耗，在单端贴片天线112后面使用高低阻的传输线实现L-C-L互连补偿网络162。互连补偿网络162与单端贴片天线112之间通过馈线132连接。毫米波封装天线还包括封装罩92，封装罩92将毫米波IC芯片22与毫米波天线32密封在引线框架12内，封装罩92上对应单端贴片天线112的位置处设有喇叭状凹槽72，喇叭状凹槽72的槽壁62表面被金属覆盖。封装罩92采用非金属材料制成，具体的，通过注塑材料或者陶瓷填充实现。引线框架12中还有注塑材料82。

Claims (6)

1.一种高增益低副瓣的毫米波封装天线，其特征在于：包括引线框架，引线框架上设有毫米波IC芯片和毫米波天线，毫米波IC芯片与毫米波天线之间实现高频互连，还包括封装罩，封装罩将毫米波IC芯片与毫米波天线密封在引线框架内，毫米波天线包括辐射单元，封装罩上对应毫米波天线辐射单元的位置处设有喇叭状凹槽，喇叭状凹槽的槽壁表面被金属覆盖。
2.根据权利要求1所述的高增益低副瓣的毫米波封装天线，其特征在于：所述毫米波IC芯片与毫米波天线之间通过键合线实现高频互连。
3.根据权利要求2所述的高增益低副瓣的毫米波封装天线，其特征在于：所述毫米波IC芯片与毫米波天线之间通过金带键合线实现高频互连。
4.根据权利要求1所述的高增益低副瓣的毫米波封装天线，其特征在于：所述毫米波IC芯片与毫米波天线之间通过倒装焊球实现高频互连。
5.根据权利要求1所述的高增益低副瓣的毫米波封装天线，其特征在于：所述封装罩采用非金属材料制成。
6.根据权利要求1所述的高增益低副瓣的毫米波封装天线，其特征在于：所述封装罩通过注塑材料或者陶瓷填充实现。
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