CN111247695A - 宽带堆叠贴片辐射元件及相关的相控阵列天线 - Google Patents

Abstract

堆叠贴片辐射元件包括电介质基底，在电介质基底的第一表面上的接地平面，在电介质基底的第二表面上的贴片辐射器，被配置为将贴片辐射器连接到传输线的馈送件，在贴片辐射器上与电介质基底相对的焊料层，和在焊料层上与贴片辐射器相对的寄生辐射元件。寄生辐射元件包括在焊料上的金属层，在第一金属层上与焊料相对的寄生辐射器电介质基底，和在寄生辐射器电介质基底上与第一金属层相对的寄生辐射器。

Description

宽带堆叠贴片辐射元件及相关的相控阵列天线

相关申请的交叉引用

本申请要求根据U.S.C.§119于2017年10月18日提交的美国临时专利申请序列号62/573,749的优先权，该申请的全部内容通过引用合并入本文，如同全文阐述一样。

技术领域

本发明涉及通信系统，更具体地，涉及包括贴片辐射元件的相控阵列天线。

背景技术

诸如蜂窝通信系统、WiFi网络、微波回程系统之类的无线射频(“RF”)通信系统在本领域是众所周知的。这些系统中的一些系统，诸如蜂窝通信系统在“许可”频谱内操作，其中频带的使用被谨慎管控，以致只有任意给定地理区域中的特定用户能在频带的选定部分中进行操作，以避免干扰。诸如WiFi的其他系统在对所有用户都可用的“非许可”频谱内操作，尽管通常存在对发射功率的限制以减小干扰。

蜂窝通信系统目前已广泛部署。在典型的蜂窝通信系统中，地理区域被划分成一系列称为“小区”的区域，每个小区由基站提供服务。基站可以包括基带设备、无线电装置和天线，其中天线被配置为向位于整个小区内的固定和移动订户提供双向RF通信。基站天线产生向外定向以服务整个小区或其一部分的辐射波束(“天线波束”)。典型地，基站天线包括通常被称为相控阵列天线的辐射元件的一个或多个相控阵列。

随着其中无线通信将取代之前通过铜或光纤通信线缆承载的通信的许多新应用被提出，对无线通信的需求一直在快速增长。除了诸如微波回程系统、各种军事应用之类的几个值得注意的例外以外，常规地，多数无线通信系统在低于6.0GHz的频率工作。随着容量需求不断增大，许多应用正在考虑使用更高的频率，包括许可频谱和非许可频谱两者中的频率。随着更高的频率被考虑，包括从大约25GHz到高达约300GHz的频率的毫米波频谱是潜在的候选者，因为在该频率范围内存在可能可供新应用利用的大量连续频带。也一直在考虑将蜂窝技术用于所谓的“固定无线接入”应用，诸如通过无线“投送(drop)”链路，将有线电视或其他光纤、同轴线缆或混合式同轴线缆-光纤宽带网络连接到各个订户处所。目前关注的是，利用第五代(“5G”)蜂窝通信技术可能为此类固定无线接入应用部署在28GHz到60GHz(或者甚至更高)的频率范围中工作的通信系统。

对于许多第五代(5G)蜂窝通信系统，正在考虑全二维波束操纵(beam-steering)。这些5G蜂窝通信系统是时分复用系统，其中可能在不同的时隙期间服务不同的用户或用户组。例如，每个10毫秒时段(或者某些其他小的时间段)可表示一“帧”，该帧被进一步划分成数十个或数百个单独的时隙。每个用户可被分配时隙之一，基站可被配置为在每个帧的不同用户各自的时隙期间与不同用户通信。借助全二维波束操纵，与覆盖整个扇区的恒定天线波束相反，基站天线可以逐个时隙地产生小的、高度聚集的天线波束。这些高度聚集的天线波束通常被称为“笔形波束”，基站天线调整或“操纵”笔形波束，以致其在各个相应的时隙期间指向不同的用户。笔形波束可具有高的增益，并且具有减小的与邻近小区之间的干扰，以致它们可提供显著增强的性能。

为了产生在方位角平面和仰角平面中都更窄的笔形波束，一般需要提供具有二维阵列的天线，该阵列包括具有全相位分布控制的多行和多列辐射元件。天线可以是有源天线，有源天线具有用于平面阵列中的每个辐射元件(或者在一些情况下，用于辐射元件的单个子组)的独立收发器(无线电装置)，以便提供全相位分布控制(即，收发器可以协同方式行动，以在任意给定时隙期间发射相同的RF信号，同时不同收发器输出的RF信号的子分量的振幅和/或相位受到操控，以产生定向的笔形波束辐射图)。尽管这种技术可以提供非常高的吞吐量，但是平面阵列天线以及大量的单独收发器的提供可能会增加相当大的成本和复杂性。

发明内容

按照本发明的实施例，提供堆叠贴片辐射元件，所述堆叠贴片辐射元件包括具有相对的第一和第二表面的电介质基底，在电介质基底的第一表面上的接地平面，在电介质基底的第二表面上的贴片辐射器，被配置为将贴片辐射器连接到传输线的馈送件，在贴片辐射器上与电介质基底相对的焊料层，和在焊料层上与贴片辐射器相对的寄生辐射元件。寄生辐射元件包括在焊料上的金属层，在第一金属层上与焊料相对的寄生辐射器电介质基底，和在寄生辐射器电介质基底上与第一金属层相对的寄生辐射器。

在一些实施例中，寄生辐射器的占用区域(footprint)可小于贴片辐射器的占用区域。

在一些实施例中，寄生辐射器的中心可以与贴片辐射器的中心大致对准。

在一些实施例中，焊料层可以直接接触贴片辐射器和金属层两者。

在一些实施例中，贴片辐射器可以是在一侧包含嵌入的嵌入贴片辐射器，传输线可以通过嵌入连接到暴露的贴片辐射器的内部部分。在这样的实施例中，金属层可在一侧包含嵌入，金属层中的嵌入可以与贴片辐射器中的嵌入大致对准。寄生辐射器可在其任何一侧都不包含嵌入。

在一些实施例中，金属层的占用区域可以具有与贴片辐射器的占用区域大致相同的形状。在这样的实施例中，寄生辐射器的占用区域可以不同于金属层的占用区域。

在一些实施例中，第一开口可以延伸穿过电介质基底，第二开口可以延伸穿过接地平面层并连接到第一开口，第一开口和第二开口在贴片辐射器下方。

在一些实施例中，堆叠贴片辐射元件还可包括在寄生辐射器上与寄生辐射器电介质基底相对的电介质覆盖件。电介质覆盖件可经由粘合层附接到寄生辐射器。

在一些实施例中，寄生辐射器电介质基底的第一热膨胀系数可以与电介质基底的第二热膨胀系数相差至少100％。

在一些实施例中，电介质基底可以包括在贴片辐射器下方的至少一个通气孔，接地平面可包括与通气孔流体连通的开口。

按照本发明的另外的实施例，提供制造堆叠贴片辐射元件的阵列的方法，其中提供包括在其上表面的多个贴片辐射器的基底。在基底的上表面形成焊料掩膜，焊料掩膜包括暴露相应贴片辐射器的开口。在贴片辐射器中的每个贴片辐射器上沉积含焊料材料。利用拾放设备将多个寄生辐射元件安装在贴片辐射器中的相应贴片辐射器上。每个寄生辐射元件包括寄生辐射器电介质基底，寄生辐射器电介质基底具有在其第一表面上的导电焊料接触层、和在其与第一表面相对的第二表面上的寄生金属层。

在一些实施例中，含焊料材料可包括焊膏，所述方法还可包括加热焊膏以在贴片辐射器中的每个贴片辐射器上形成熔融焊料层，所述熔融焊料层经冷却与贴片辐射器永久结合。

在一些实施例中，每个寄生辐射元件的导电焊料接触层可以直接接触上其上安装相应寄生辐射元件的熔融焊料。

在一些实施例中，基底还可包括在其下表面的接地平面，在贴片辐射器中的每个贴片辐射器下方，第一开口延伸穿过基底，第二开口延伸穿过接地平面并连接到第一开口。含焊料材料的至少一些非焊料成分可以通过第一开口和第二开口排出。

在一些实施例中，所述方法还可包括在寄生辐射器电介质基底的第一侧形成第一金属图案和在寄生辐射器电介质基底的第二侧形成第二金属图案以形成寄生辐射器板，以及随后切割所述寄生辐射器板以形成多个寄生辐射元件中的至少一些。

在一些实施例中，所述方法还可包括将寄生辐射元件中的每个寄生辐射元件放置到粘合带上。

在一些实施例中，每个寄生辐射器的占用区域可以小于在其上安装相应寄生辐射器的贴片辐射器的占用区域。

在一些实施例中，每个寄生辐射器的中心可以与在其上安装相应寄生辐射器的贴片辐射器的中心大致对准。

在一些实施例中，每个贴片辐射器可以是在一侧包含嵌入的嵌入贴片辐射器，每个导电焊料接触层可在一侧包含嵌入，该嵌入与在其上安装焊料接触金属层的相应贴片辐射器中的嵌入大致对准。

在一些实施例中，每个寄生辐射元件的寄生辐射器可以不包含任何嵌入。

在一些实施例中，每个导电焊料接触层可具有大致相同的占用区域，每个贴片辐射器可具有大致相同的占用区域，每个导电焊料接触层的占用区域可以与每个贴片辐射器的占用区域形状大致相同。

在一些实施例中，对于每个寄生辐射元件，寄生辐射器的占用区域可以不同于导电焊料接触层的占用区域。

在一些实施例中，所述方法还可包括按照与贴片辐射器相对的方式将电介质覆盖件粘合到寄生辐射器上。

按照本发明的再另外的实施例，提供有源天线阵列，所述有源天线阵列包括基板，所述基板包含具有相对的第一和第二表面的电介质基底，在电介质基底的第一表面上的接地平面，在电介质基底的第二表面上的多个贴片辐射器，和多个馈送件，每个馈送件被配置为将贴片辐射器中的相应贴片辐射器连接到馈送网络的多条传输线之一。所述有源天线阵列还包括在电介质基底的第二表面上的具有多个开口的焊料掩膜，在焊料掩膜中的开口内的焊料，和在焊料上的多个寄生辐射元件。每个寄生辐射元件包含具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的寄生辐射器电介质基底，在寄生辐射器电介质基底的第一表面上的导电焊料接触层，和在寄生辐射器电介质基底的第二表面上的寄生辐射器。

在一些实施例中，每个寄生辐射器的占用区域可以小于在其上安装相应寄生辐射器的贴片辐射器的占用区域。

在一些实施例中，每个寄生辐射器的中心可以与在其上安装相应寄生辐射器的贴片辐射器的中心大致对准。

在一些实施例中，每个贴片辐射器可以是在一侧包含嵌入的嵌入贴片辐射器，每个导电焊料接触层可在一侧包含嵌入，该嵌入与在其上安装导电焊料接触层的相应贴片辐射器中的嵌入大致对准。

在一些实施例中，每个寄生辐射元件的寄生辐射器可以不包含任何嵌入。

在一些实施例中，对于每个寄生辐射元件，寄生辐射器的占用区域可以不同于导电焊料接触层的占用区域。

在一些实施例中，对于每个寄生辐射器，导电焊料接触层的占用区域可具有与在其上安装寄生辐射元件的贴片辐射器的占用区域大致相同的形状。

在一些实施例中，所述有源天线阵列还可包括在寄生辐射元件上与贴片辐射器相对的电介质覆盖件。

在一些实施例中，电介质覆盖件可经由粘合层附接到焊料掩膜和/或寄生辐射器。

在一些实施例中，在贴片辐射器中的每个贴片辐射器下方，第一开口可延伸穿过电介质基底，第二开口可延伸穿过接地平面并连接到第一开口。

在一些实施例中，每个寄生辐射器电介质基底的第一热膨胀系数可以与电介质基底的第二热膨胀系数相差至少100％。

在一些实施例中，贴片辐射器与在贴片辐射器之下的那部分的电介质基底和接地平面的每个组合可包括贴片辐射元件，每个贴片辐射元件与安装在其上的相应寄生辐射元件的组合可包括堆叠贴片辐射元件。

在一些实施例中，所述有源天线阵列还可包括多个虚设堆叠贴片辐射元件，除了每个虚设堆叠贴片辐射元件的贴片辐射器不连接到馈送网络之外，每个虚设堆叠贴片辐射元件与邻近的堆叠贴片辐射元件基本上相同。在一些实施例中，通气孔不镀金属。

附图说明

图1是常规贴片辐射元件的示意透视图。

图2A是包含八个常规贴片辐射元件的线性阵列的示意透视图。

图2B是在HFSS模型中用于仿真图2A的常规贴片辐射元件的八列天线阵列的列有源反射系数性能的元胞单元(unit cell)的示意透视图。

图3A-3C是图解说明常规贴片辐射元件的八列天线阵列的作为频率和方位天线波束扫描角的函数的仿真列有源反射系数的图。

图4A是常规堆叠贴片辐射元件的示意透视图。

图4B是另一种常规堆叠贴片辐射元件的示意透视图。

图5A是包含八个常规堆叠贴片辐射元件的线性阵列的示意透视图。

图5B是在HFSS模型中用于仿真图5A的常规堆叠贴片辐射元件的八列天线阵列的列有源反射系数性能的元胞单元的示意透视图。

图6A-6C是图解说明常规堆叠贴片辐射元件的八列天线阵列的作为频率和方位天线波束扫描角的函数的仿真列有源反射系数的图。

图7A是按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件的透视图。

图7B是沿图7A的线7B-7B的剖视图。

图7C是在中间制造步骤期间的按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件之一的透视图。

图7D是包括八个图7A的拾放堆叠贴片辐射元件的线性阵列的平面图。

图7E是沿图7D的线7E-7E的剖视图。

图8A-8C是图解说明图7A的拾放堆叠贴片辐射元件的八列天线阵列的作为频率和方位天线波束扫描角的函数的仿真列有源反射系数的一系列图。

图9A是按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件的8×8阵列的平面图。

图9B是包含在图9A的8×8阵列中的拾放堆叠贴片辐射元件之一的放大平面图。

图9C是包含在图9A的8×8阵列中的拾放堆叠贴片辐射元件之一的透视图。

图10A-10C是图解说明图9A的拾放堆叠贴片辐射元件的8×8阵列的作为频率和方位天线波束扫描角的函数的列有源反射系数的一系列图。

图11是在方位角平面上扫描不同量的图9A-9D的有源天线阵列的仿真方位角辐射图的图。

图12是包括图9A-9D的有源天线阵列的毫米波有源天线阵列的示意框图。

具体实施方式

波束成形天线一般被实现成辐射元件的相控阵列。辐射元件的大小以及邻近辐射元件之间的距离，一般与设计辐射元件发射和接收的信号的“工作”频率成比例，较高的工作频率对应于较小的辐射元件以及邻近辐射元件之间的较小间距。在低于1GHz的频率处，典型的辐射元件可能有4-8英寸长。在60GHz，辐射元件可能要小60倍。当辐射元件这么小时，可能在与通信系统的有源组件(例如，收发器、放大器、混频器、本地振荡器等)相同的布线板(或者其他安装基底或结构)上形成辐射元件，结果产生紧凑、低成本并且易于组装的设备。在相同的安装基底上实现有源组件和辐射元件还可以减少或消除对线缆和连接器的需要，这可以简化制造，减小传输损耗，和消除无源互调失真和天线故障的潜在来源(例如，坏的焊点，断开的连接等)。

归因于其平面形式的因素以及易于利用通常的印刷电路板制造技术来制造，微带贴片天线是用于在与其他电子器件相同的基底上实现的相控阵列天线的好的候选者。然而，常规的单层边缘馈送贴片辐射元件具有高输入阻抗，从而可能难以将这样的贴片辐射元件匹配到在此类天线的馈送网络中通常使用的50欧姆传输馈送线，尤其是对具有大传输带宽的应用更是如此。换句话说，边缘馈送贴片辐射元件可能固有地具有窄的阻抗带宽，这可能使它们不适合于宽带应用，因为差的阻抗匹配可能导致增益降低和/或旁瓣水平增大。改善阻抗匹配的一种技术是将贴片辐射元件的馈送点嵌入到贴片辐射元件的更中心部分(而不是边缘)，但是由于电抗变化，这种技术可能只在窄带宽内起作用，并且过多的嵌入会降低贴片辐射元件的辐射性能。

对于在其中电子器件和微带贴片辐射元件在同一基底上实现的有源相控阵列天线(本文中也称为“有源天线阵列”)，为了得到用于具有合理线宽的贴片辐射元件的传输馈送线，具有中等电介质常数值(例如，～3-4的电介质常数值)的薄基底可能是可取的。然而，为了带宽最佳，微带贴片辐射元件要求电气上更厚并且电介质常数更低的基底(例如，～1-2的电介质常数值)。从而，在有源天线阵列的回波损耗性能和带宽之间存在固有的权衡。

堆叠贴片辐射元件可以用于增大在其中可以实现可接受的阻抗匹配的带宽。“堆叠贴片辐射元件”指的是包括由传输线馈送的常规贴片辐射元件连同悬置在贴片辐射元件上方的“寄生”(即，不受激励)辐射元件两者的多层贴片辐射元件。实现堆叠贴片辐射元件的一种方式是在印刷电路板的两个不同层上实现贴片辐射元件和寄生辐射元件。实现堆叠贴片辐射元件的另外方式是(1)粘合地将低电介质常数泡沫间隔件结合到贴片辐射元件的上表面，和将寄生辐射元件结合到泡沫的另一侧，以及(2)利用辅助电介质支持结构将寄生辐射元件安装在贴片辐射元件之上，使它们之间存在气隙。

不幸的是，在毫米波频率，具有堆叠贴片辐射元件的多层印刷电路板可能会表现出增大的插入损耗，并且低电介质常数泡沫间隔件或辅助电介质支持结构的使用当在毫米波频率实现时可能需要非常严格的公差，和/或可能恶化诸如阻抗匹配、交叉极化性能和/或辐射图形状之类的其他性能参数。另外，在毫米波频率，用于辅助电介质支持结构的物理空间可能很小。例如，具有60度方位角扫描的28GHz有源天线阵列可能要求约5-6毫米的贴片辐射元件之间的中心到中心距离。然而，每个贴片辐射元件可能每侧约3毫米，在基底上的空间也需要用于馈送线，从而留给附加的机械支持结构的空间很小。

按照本发明的实施例，提供拾放堆叠贴片辐射元件，其可提供显著改善的性能，并且即使用于小形状因素的毫米波相控阵列天线也可以容易地制造。按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件可包括常规的贴片辐射元件，其顶表面焊接有寄生辐射元件。例如，寄生辐射元件可包括在其顶表面和底表面经金属化的印刷电路板的切片。可在常规的贴片辐射元件周围可选地放置焊料掩膜，随后可在常规的贴片辐射元件的上表面沉积焊料。可以使用拾放表面安装设备将寄生辐射元件置于每个贴片辐射元件上。在对准包含在相应贴片辐射元件和寄生辐射元件上的贴片辐射器和寄生辐射器的中心方面，和在旋转对称方面，寄生辐射元件可以在贴片辐射元件上自对准。结果，寄生辐射元件可以高准确度地安装在相应的贴片辐射元件上。

按照本发明的一些实施例，提供堆叠贴片辐射元件，其包括具有相对的第一和第二表面的电介质基底，在电介质基底的第一表面上的接地平面，在电介质基底的第二表面上的贴片辐射器，被配置为将贴片辐射器连接到传输线的馈送件，在贴片辐射器上与电介质基底相对的焊料层，和在焊料层上与贴片辐射器相对的寄生辐射元件。寄生辐射元件包括在焊料上的金属层，在第一金属层上与焊料相对的寄生辐射器电介质基底，和在寄生辐射器电介质基底上与第一金属层相对的寄生辐射器。

按照其他实施例，提供有源天线阵列，其包括基板，所述基板包括具有相对的第一和第二表面的电介质基底，在电介质基底的第一表面上的接地平面，在电介质基底的第二表面上的多个贴片辐射器，和多个馈送件，每个馈送件被配置为将贴片辐射器中的相应贴片辐射器连接到馈送网络的多条传输线之一。这些有源天线阵列还包括在电介质基底的第二表面上的具有多个开口的焊料掩膜，在焊料掩膜中的开口内的焊料，和在焊料上的多个寄生辐射元件。每个寄生辐射元件包括具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的寄生辐射器电介质基底，在寄生辐射器电介质基底的第一表面上的导电焊料接触层，和在寄生辐射器电介质基底的第二表面上的寄生辐射器。

按照本发明的再另外的实施例，提供制造堆叠贴片辐射元件的阵列的方法，其中提供包括在其上表面的多个贴片辐射器的基底。在基底的上表面形成焊料掩膜，焊料掩膜包括暴露相应贴片辐射器的开口。在贴片辐射器中的每个贴片辐射器上沉积含焊料材料。利用拾放设备将多个寄生辐射元件安装在贴片辐射器中的相应贴片辐射器上。每个寄生辐射元件包含寄生辐射器电介质基底，寄生辐射器电介质基底具有在其第一表面上的导电焊料接触层，和在其与第一表面相对的第二表面上的寄生金属层。

下面参考附图，更详细地讨论本发明的实施例。

图1是常规贴片辐射元件20的透视图。如图1中所示，常规贴片辐射元件20形成于安装基底10中。安装基底10包括具有上下主表面的电介质基底12，在电介质基底12的下主表面形成的导电接地平面14，和在电介质基底12的上表面形成的与导电接地平面14相对的导电图案16。贴片辐射元件20包括作为导电图案16的一部分的贴片辐射器30，以及电介质基底12的在贴片辐射器30之下的部分22，和导电接地平面14的在贴片辐射器30之下的部分(图1中不可见)。馈送线34耦合到贴片辐射器30。馈送线34可将贴片辐射元件20连接到传输线18，比如作为馈送网络的一部分的传输线。馈送线34和传输线18是在电介质基底12的上表面形成的导电图案16的一部分。

电介质基底12可包括一片平面电介质材料。电介质材料的厚度和/或电介质常数可以基于馈送线34和与之相连的传输线18的期望宽度、以及贴片辐射元件20的期望带宽来选择。如图1中所示，除了在其中形成和/或在其上安装的贴片辐射元件20之外，电介质基底12还可以包括诸如传输线18和/或表面安装有源组件(未图示)之类的元件。

接地平面14可包括在电介质基底12的下表面形成的连续或不连续的金属层(例如，铜层)。在一些实施例中，接地平面14可以包含在其中的一个或多个开口。例如，在探针馈送贴片辐射元件中，开口延伸穿过接地平面14和电介质基底12。导电探针(未图示)插入到该开口中，并且(以电流或电容的方式)耦合到贴片辐射器30。代替图1中所示的馈送线34，使用探针在贴片辐射器30和传输线18之间耦合RF信号。与边缘馈送贴片辐射元件相比，探针馈送贴片辐射元件可表现出改善的性能，因为探针的设置允许RF信号在用于阻抗匹配的理想位置耦合到贴片辐射器30，所述理想位置一般约在贴片辐射器30的中心与贴片辐射器30的边缘之间的一半处。然而，与诸如图1中图解所示的贴片辐射元件20之类的边缘馈送贴片辐射元件相比，探针馈送贴片辐射元件可能制造成本更高。

贴片辐射器30可包括在电介质基底12的上表面形成的与接地平面14相对的薄金属层(例如，铜)。贴片辐射器30可以具有任何适当的形状，包括正方形、圆形、矩形、椭圆形等。在一些实施例中，贴片辐射器30的长度L和宽度W可以均约为贴片辐射元件20被设计的工作频带的中心频率的波长的一半。长度L和宽度W可以比贴片辐射器30的厚度或“深度”D大得多。

贴片辐射器30包括嵌入馈送设计。借助嵌入馈送设计，沿着贴片辐射器30的第一侧的一部分(这里假设具有“侧”的正方形或矩形贴片辐射器)被移除(或者不形成)，从而在第一侧构建凹部32。馈送线34在该凹部32内连接到贴片辐射器30，以致在馈送线34和贴片辐射器30之间的连接点似乎在贴片辐射器30的“内部”，在这里它更接近上述的理想馈送点。嵌入馈送设计的使用改善贴片辐射器30和馈送线34之间的阻抗匹配，并改善贴片辐射元件20的回波损耗性能。馈送点的适度嵌入对贴片辐射元件20的辐射图的影响很小。此外，嵌入量(即，馈送点嵌入贴片辐射器30的内部多远)可被改变，以权衡阻抗匹配的改善与对贴片辐射元件20的辐射图的影响。贴片辐射元件20在本文中可被称为“单层”贴片辐射元件，以将它与包括多层辐射元件的堆叠贴片辐射元件设计(下面讨论)区分开。

图2A是包括八个常规的单层贴片辐射元件20的线性阵列80的示意透视图。如图2A中所示，贴片辐射元件20形成于安装基底10中。安装基底10的电介质基底12充当贴片辐射元件20中每个的电介质基底20，在电介质基底12的下表面上的导电接地平面层14充当贴片辐射元件20中每个的接地平面。在电介质基底12的上表面上的金属图案16包括八个贴片辐射器30，各贴片辐射元件10对应的八个馈送线34，和连接到每个馈送线34以向八个贴片辐射元件20公共馈送的传输线18。

利用Ansys高频结构仿真器(“HFSS”)软件来仿真包含在图2A的线性阵列80中的常规贴片辐射元件20的八列天线阵列的列有源反射系数性能。为了减少仿真常规辐射元件20的8×8平面阵列所需的仿真时间，使用了元胞单元HFSS模型。图2B图解说明在HFSS模型中使用的元胞单元90。如图2B中所示，元胞单元90包括一行92的八个常规贴片辐射元件20。在HFSS模型中，假定天线阵列中包含无数的行92，以致建模的天线阵列是∞×8元件天线阵列。从而，建模的天线阵列中的每列看起来像图2A的线性阵列80，除了该列(线性阵列)包含无数的贴片辐射元件20，而不是如图2A中所示的八个贴片辐射元件20。编程HFSS仿真模型以应用在仰角平面中的主/从周期性边界(相位差为0)来计算大天线阵列中的内部贴片辐射元件20所见到的有源阻抗。换句话说，使用主/从边界条件代替在贴片辐射元件20的8×8阵列的每列中会设置的八个辐射元件。

利用上述HFSS仿真模型，对于当在方位角平面中扫描有源天线阵列以操纵天线波束向不同的方位指向方向时的三种不同扫描角中的每种扫描角，仿真了作为跨越27.5-28.35GHz工作频带的频率的函数的列有源反射系数。如上所述，在这些仿真中，好似有源天线阵列包含八个垂直线性阵列地设定条件，每个垂直线性阵列均包含无数个贴片辐射元件20，其中八个线性阵列中的每个由单独的收发器馈送。为侧向(broadside)仰角扫描设定周期性主/从边界条件。天线阵列的水平“行”之间的垂直间距被假定为6.70mm，这对应于在27.5-28.35GHz工作频带的中心频率处的整个导波波长。因而，在该仿真的物理实现中，列中的邻近贴片辐射元件20被馈送相位偏移360度的RF信号子分量，以致这些子分量将建设性地结合。天线阵列的八个垂直列之间的水平间距被假定为5.50mm，以允许在方位角平面中扫描到60度。

电介质基底12被假定为具有约为3.0的电介质常数的10密耳厚(即，深度方向D为10密耳)的Rogers RO3003电介质基底。为了改善贴片辐射元件20的带宽，期望具有较低电介质常数的较厚的电介质基底12。然而，为了在与有源天线阵列的其他组件相同的安装基底10上形成贴片辐射元件20，使用具有高于理想电介质常数的较薄的10密耳厚的电介质基底12，以便允许将具有合理宽度的50欧姆传输线迹线用于有源扫描阵列所需的表面安装设备。

图3A-3C是图解说明从上述HFSS仿真获得的作为频率和方位天线波束扫描角的函数的仿真列有源反射系数的图。特别地，图3A图解说明当使八列天线阵列形成的天线波束指向有源天线阵列的视轴(boresight)指向方向时的仿真列有源反射系数，图3B图解说明当使八列天线阵列形成的天线波束在方位角平面中偏离视轴扫描30度时的仿真列有源反射系数，图3C图解说明当使八列天线阵列形成的天线波束在方位角平面中偏离视轴扫描60度时的仿真列有源反射系数。这里，设计目标是在高达60度的方位扫描角下，在跨越整个工作频带(27.5-28.35GHz)内，列有源反射系数小于-10dB。在图3A-3C中绘出了8条不同的曲线，图解说明了有源天线阵列的八列中的每一列的列有源反射系数性能。可以看出，列有源反射系数性能会基于各列在有源天线阵列中的位置而显著变化，特别是在较高的方位波束扫描角的情况下。

从图3A可以看出，即使没有波束扫描，有源天线阵列也仅仅对于50％左右的工作频带保持低于-10dB设计目标的有源反射系数水平，在工作频带的外边缘产生高达-5到-6dB的有源反射系数水平。

如图3B中所示，当使天线波束在方位角平面中扫描30度时，满足设计目标的频率范围明显减小，只有在频带中心附近的频率保持小于-10dB的有源反射系数水平。在工作频带的中心，各列中只有一列满足有源反射系数的设计目标。在工作频带的边缘的性能类似于图3A中所示的性能。

如图3C中所示，当使天线波束在方位角平面中扫描60度时，在工作频带内的任何地方都不能始终满足有源反射系数性能的设计目标，有源反射系数水平急剧增大。图3A-3C中所示的结果表明用八列常规贴片辐射元件20形成的有源天线阵列无法提供可接受的回波损耗性能。

对于在诸如28GHz之类的毫米波频率工作的、在其中在公共安装基底上实现贴片辐射元件及其他电子组件的有源天线阵列，可能期望具有中等电介质常数(例如，约3-4的电介质常数)的较薄的电介质基底(例如，10密耳厚)，以致馈送线34和传输线18可具有用于与其他表面安装的封装电子组件对接的合理宽度，同时仍然提供馈送线34和贴片辐射器30之间的良好的阻抗匹配。然而，为了增大贴片辐射元件20的传输带宽，可能理想的是使用较厚的电介质基底12和/或具有较低电介质常数(例如，约1-2的电介质常数)的电介质基底。从而，诸如图1的贴片辐射元件20之类的常规的单层微带实现的贴片辐射元件可能存在固有的局限。

提高贴片辐射元件20的带宽的一种已知技术是，在贴片辐射元件20的常规贴片辐射器30之上堆叠不耦接到馈送网络的附加辐射元件。这样的辐射元件通常被称为“堆叠”贴片辐射元件。在堆叠贴片辐射元件中，贴片辐射器30有时可被称为“受激”贴片辐射器30，因为贴片辐射器30耦接到馈送网络，以致RF信号可被提供给贴片辐射器30以便传输，并且以致接收的RF信号可以从贴片辐射元件20被传递给与无线电装置的接收器相连的馈送网络。堆叠贴片辐射元件中的附加辐射元件一般被称为寄生辐射元件。

与单层贴片辐射元件相比，堆叠贴片辐射元件中的寄生辐射元件的设置可以增大“扫描”阻抗带宽。“扫描阻抗带宽”指的是天线阵列在保持一定水平的回波损耗性能时，能够偏离视轴扫描天线波束的工作频率范围。寄生辐射元件可包括寄生辐射器，所述寄生辐射器可被调整大小或者以其他方式调谐，以在与贴片辐射元件的贴片辐射器不同的频率处谐振，从而提供这种扫描阻抗带宽的增大。

图4A是常规的堆叠贴片辐射元件100的透视图。常规的堆叠贴片辐射元件100包括贴片辐射元件120和寄生辐射元件150，如下文更详细所述。

如图4A中所示，常规的堆叠贴片辐射元件100包括形成于安装基底110中的贴片辐射元件120(参见图4B)。安装基底110包括具有上下主表面的电介质基底112，在电介质基底112的下主表面形成的导电接地平面114，和在电介质基底112的上表面形成的与导电接地平面114相对的导电图案116。贴片辐射元件120包括作为导电图案116的一部分的贴片辐射器130，以及电介质基底112的在贴片辐射器130之下的部分122，和导电接地平面114的在贴片辐射器130之下的部分(图4A中不可见)。贴片辐射元件120(包括贴片辐射器130)在图4A的视图中被隐藏，不过可以与图1中所示的贴片辐射元件30相同，并且在图4B中所示的堆叠贴片辐射元件100的修改形式中可以看到。馈送线134耦合到贴片辐射器130(在图4A中也不可见，但在图4B中可以看到)。馈送线134可以将贴片辐射元件120连接到传输线118，比如作为馈送网络的一部分的传输线。馈送线134和传输线118也是在电介质基底112的上表面形成的导电图案116的一部分。

电介质基底112可包括一片平面电介质材料。电介质材料的厚度和/或电介质常数可以基于馈送线134和与之相连的传输线118的期望宽度以及堆叠贴片辐射元件100的工作带宽来选择。接地平面114可包括在电介质基底112的下表面形成的连续或不连续的金属层(例如，铜层)。在一些实施例中，接地平面114可以包含在其中的一个或多个开口，例如以参照上面参考图1所讨论的方式接受探针馈送。

贴片辐射器130(参见图4B)可包括在电介质基底112的上表面形成的与接地平面114相对的薄金属层(例如，铜)。贴片辐射器130可以具有任何适当的形状，包括正方形、圆形、矩形、椭圆形等。贴片辐射器130的长度L、宽度W和深度D是按照与上面关于图1的贴片辐射器30所示的相同方式定义的。在一些实施例中，贴片辐射器130的长度L和宽度W可以均约为堆叠贴片辐射元件100被设计的工作频带的中心频率的波长的一半。长度L和宽度W可以比贴片辐射器130的厚度或深度D大得多。贴片辐射器130包括凹部132(在图4A中也不可见，但可以与包含在图1的贴片辐射器30中的凹部32相同，并且在图4B中部分可见)，以允许如上参考图1的贴片辐射器30所述的嵌入馈送设计。因而，这里将省略嵌入馈送设计的进一步说明。

如图4A中所示，常规的堆叠贴片辐射元件100还包括安装在“受激”贴片辐射元件120之上的寄生辐射元件150。寄生辐射元件150形成于寄生安装基底140中。寄生安装基底140包括具有相对的上下主表面的电介质基底142，和在电介质基底142的下表面形成的导电图案144(图4A中用虚线表示，因为否则其会是不可见的)。寄生辐射元件150包括作为导电图案144的一部分的寄生辐射器160。电介质基底142的在寄生辐射器160之上的部分可以充当电介质覆盖件。

一般地，如上关于图2A(图解说明八个贴片辐射元件20的线性阵列80)和图3A-3C(讨论对于八列天线阵列进行的仿真)所讨论的，贴片辐射元件120是包含在天线阵列中的多个贴片辐射元件120中的一个。从而，尽管图4A中未图示，不过安装基底110一般包含形成于其中的多个辐射元件120，实现成印刷电路板的寄生安装基底140包含形成于其中的对应的多个寄生辐射元件150，其中在有源天线阵列中为每个贴片辐射元件120提供寄生辐射元件150。每个寄生辐射元件150安装在贴片辐射元件120中的相应一个贴片辐射元件之上。

在图4A的实施例中，寄生安装基底140安装在贴片辐射元件120之上，并且与贴片辐射元件120间隔开。在一些实施例中，可以在安装基底110和寄生安装基底140之间设置诸如Rohacell之类的一片低损耗电介质泡沫(图4A中未图示)，以便支持在贴片辐射器130之上的寄生安装基底140。在其他实施例中，可以使用单独的支持结构(未显示)来将寄生安装基底140安装在贴片辐射元件120之上，使贴片辐射器130和寄生辐射器件160之间存在气隙。寄生辐射元件150包括寄生辐射器160和寄生辐射器电介质，寄生辐射器电介质包括置于寄生辐射器160与贴片辐射器130之间的电介质材料(该低损耗电介质泡沫的一部分或者该气隙)的寄生辐射器电介质。

寄生辐射器160的形状可以类似于贴片辐射器130的形状。寄生辐射器160的占用区域(即，当沿着沿图1的深度方向D延伸的轴线观察时，寄生辐射器160的外周)可以稍微不同于(大于或小于)贴片辐射器140的占用区域，这与图1的单层贴片辐射元件20相比可以增大堆叠贴片辐射元件100的工作带宽。

图4B是另一种常规的堆叠贴片辐射元件100'的示意透视图。堆叠贴片辐射元件100'非常类似于上面讨论的堆叠贴片辐射元件100，除了包含电介质基底142(电介质基底142具有在其下表面形成的包含在堆叠贴片辐射元件100中的寄生辐射器160)的寄生安装基底140被替换为电介质支持结构140'和堆叠贴片辐射元件100'中的寄生辐射器160'之外。寄生辐射器160'可包括一片薄金属。电介质支持结构140'在图4B中被示意表示成具有安装在电介质基底112上的基端和附接到寄生辐射器160'的角的远端的4个塑料支持件。电介质支持结构140'可以将寄生辐射器160'保持在贴片辐射器130之上。贴片辐射器130与寄生辐射器160'由充当寄生辐射器电介质的气隙间隔开。就图4B的堆叠贴片辐射元件100'而言，贴片辐射器130与寄生辐射器160'间隔开0.75mm。可以使用能够将寄生辐射器160'保持在贴片辐射器130之上使它们之间存在气隙的任何适当的电介质支撑结构140'。

图5A是包括八个图4B的常规的堆叠贴片辐射元件100'的线性阵列180的示意透视图。如图5A中所示，线性阵列180类似于上面参考图2A讨论的八个常规的单层贴片辐射元件20的线性阵列80，除了每个单层贴片辐射元件20被替换为上面参考图4B讨论的堆叠贴片辐射元件100'中的一个之外。考虑到图2A与图5A之间的相似性，这里将省略图5A的进一步说明。

HFSS再次用于仿真包含在图5A的线性阵列180中的常规贴片辐射元件100'的八列天线阵列的列有源反射系数性能。再一次，为了减少仿真常规的堆叠辐射元件100'的8×8平面阵列所需的仿真时间，采用了元胞单元HFSS模型。图5B图解说明在HFSS模型中使用的元胞单元190。如图5B中所示，元胞单元190包括一行192的八个常规贴片辐射元件100'，该模型假定在天线阵列中包含无数的行192。利用图5B的元胞单元进行的仿真使用了与上面参考图2B和3A-3C讨论的相同的设计假设。

图6A-6C是图解说明从上述仿真获得的八列天线阵列的作为频率和方位天线波束扫描角的函数的仿真列有源反射系数的图。特别地，图6A图解说明当使天线波束指向有源天线阵列的视轴指向方向时的仿真列有源反射系数，图6B图解说明当使天线波束在方位角平面中扫描30度时的仿真列有源反射系数，图6C图解说明当使天线波束在方位角平面中扫描60度时的仿真列有源反射系数。与图3A-3C一样，在图6A-6C中绘出了8条不同的曲线，以图解说明有源天线阵列中的八个不同线性阵列180的列有源反射系数性能。

从图6A可以看出，当不扫描波束时，常规的堆叠贴片辐射元件100'的天线阵列易于在整个工作频带内满足列有源反射系数小于-10dB的设计目标。列有源反射系数相对于频率是不对称的，在工作频带中的较高频率处的列有源反射系数性能得到改善。

如图6B中所示，当使天线波束在方位角平面中扫描30度时，列有源反射系数性能的设计目标在整个工作频带内同样得到满足，在所有频率处至少有近3dB的裕量。

如图6C中所示，当使天线波束在方位角平面中扫描60度时，不能在工作频带内的任何地方始终满足列有源反射系数性能的设计目标，与图6A-6B中所示的相比，有源反射系数水平急剧增大。图6C中所示的结果表明常规的堆叠贴片辐射元件100'的阵列无法满足回波损耗性能的设计目标。尽管进一步的优化可能会满足回波损耗的设计目标，不过在实现支持包含在图4A-4B的堆叠贴片辐射元件100、100'中的寄生辐射器160、160'的托脚(stand-off)结构方面存在重大的机械挑战。对于批量生产的性能可重复性，要求的公差可能为+/-0.1毫米，这可能难以实现和/或实现成本高。

如上所述，按照本发明的实施例，提供与常规的单层贴片辐射元件相比可表现出改善的性能的堆叠贴片辐射元件。按照本发明的实施例的堆叠贴片辐射元件还可以避免在试图实现被设计成在毫米波频带工作的常规的堆叠贴片辐射元件的天线阵列时可能存在的重大机械挑战。此外，由于与常规的堆叠贴片辐射元件相比，按照本发明的实施例的堆叠贴片辐射元件可具有一个或多个额外的设计自由度，因此与常规的堆叠贴片辐射元件相比，按照本发明的实施例的堆叠贴片辐射元件还可以表现出改善的性能。

图7A-7C图解说明按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件200。特别地，图7A是拾放堆叠贴片辐射元件200的透视图，图7B是沿图7A的线7B-7B的剖视图，图7C是在中间制造步骤期间的拾放堆叠贴片辐射元件200的透视图。

如图7A-7C中所示，按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件200包括贴片辐射元件220和寄生辐射元件250。贴片辐射元件220可以具有一般常规设计。特别地，贴片辐射元件220形成于安装基底210中。安装基底210包括具有上下主表面的电介质基底212，设置在电介质基底212的下表面上的导电接地平面214，和设置在电介质基底212的上表面上的导电图案216。贴片辐射元件220包括作为导电图案216的一部分的贴片辐射器230(参见图7C)，以及电介质基底212的在贴片辐射器230之下的部分222，和导电接地平面214的在贴片辐射器230之下的部分。馈送线234耦合到贴片辐射器230。馈送线234可以直接电流耦合到贴片辐射器230(如在图7A-7C的例子中所示)，或者可以电容耦合到贴片辐射器230。馈送线234可以将贴片辐射器230连接到传输线218，比如作为馈送网络的一部分的传输线。馈送线234和传输线218是在电介质基底212的上表面形成的导电图案216的一部分。

电介质基底212可包括一片平面电介质材料。电介质材料的厚度和/或电介质常数可以基于馈送线234和与之相连的传输线218的期望宽度以及贴片辐射元件200的工作带宽来选择。接地平面214可包括在电介质基底212的下表面形成的连续或不连续的金属层(例如，铜层)。在一些实施例中，接地平面214可以包含在其中的一个或多个开口，例如以按照上面参考图1所讨论的方式接受探针馈送。接地平面214还可包括在其中的充当通气孔的开口，如下更详细所述。

贴片辐射器230可包括电介质基底212的上表面形成的在与接地平面214相对的薄金属层(例如，铜)。贴片辐射器230可以具有任何适当的形状，包括正方形、圆形、矩形、椭圆形等。贴片辐射器230的长度L、宽度W和深度D是按照与上面关于图1的贴片辐射器30所示的相同方式定义的。在一些实施例中，贴片辐射元件的长度L和宽度W可以均约为堆叠贴片辐射元件200的被设计的工作频带的中心频率的波长的一半。长度L和宽度W可以比贴片辐射器230的厚度或“深度”D大得多。贴片辐射器230的宽度W可被改变，以改善贴片辐射器230与传输线218和馈送线234之间的阻抗匹配。贴片辐射器230的长度L可被改变，以调整贴片辐射器230的谐振频率。

贴片辐射器230包括嵌入馈送设计，以致贴片辐射器230在其一侧具有凹部232(参见图7C)，馈送线234在凹部232内连接到贴片辐射器230，如上参考图1的贴片辐射器30所述。在所示出的实施例中，嵌入不是延伸到贴片辐射器230的边缘与贴片辐射器230的中心之间的一半处的完整嵌入，而是向贴片辐射器230的中心延伸较小的距离。要意识到的是在其他实施例中，嵌入可以进一步延伸或者可被完全省略。嵌入的“量”(即，嵌入从贴片辐射器的边缘向贴片辐射器的中心延伸多远)是贴片辐射器230与馈送线234和传输线218的阻抗匹配与堆叠贴片辐射元件200的交叉极化性能之间的权衡。

如图7A-7C中进一步所示，拾放堆叠贴片辐射元件200包括安装在贴片辐射元件220上的寄生辐射元件250。寄生辐射元件250可包括例如微带印刷电路板240(或者其他安装基底)的一小部分。微带印刷电路板240包括具有上下主表面的寄生辐射器电介质基底242。导电焊料接触层244设置在寄生辐射器电介质基底242的下表面上。寄生辐射器260设置在寄生辐射器电介质基底242的上表面上。寄生辐射元件250包含导电焊料接触层244、寄生辐射器电介质基底242和寄生辐射器260。

在一些实施例中，导电焊料接触层244可具有与贴片辐射器230相同的形状，可具有与贴片辐射器230相同的占用区域。从而，如果贴片辐射器230具有凹部232以提供嵌入馈送设计，那么导电焊料接触层244可类似地包含这样的凹部。寄生辐射器260可以(但不需要)具有与贴片辐射器230类似的形状，并且可在贴片辐射器230之上由焊料层275(见下面的讨论)、导电焊料接触层244和寄生辐射器电介质基底242间隔开。寄生辐射器260可具有与贴片辐射器230的占用区域稍微不同的占用区域，这可增大拾放堆叠贴片辐射元件200的工作带宽。

从下面的讨论可以明显看出，拾放堆叠贴片辐射元件200是包含在诸如有源天线阵列的天线阵列中的多个堆叠贴片辐射元件200之一。从而，尽管图7A和7B中未图示，不过安装基底210一般会包含形成于其中的多个贴片辐射元件200。然而，如下所述，为有源天线阵列中的每个贴片辐射单元220都提供(并在其之上安装)单独的寄生辐射元件250。

图7C是在中间制造步骤期间的按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件200之一的透视图。如图7C中所示，在电介质基底212的上表面形成焊料掩膜270。焊料掩膜270包括暴露贴片辐射器230之一的上表面的开口272。在焊料掩膜270的开口272中，直接在贴片辐射器230的顶部沉积含焊料材料274。在例证实施例中，含焊料材料274可以是焊膏，所述焊膏包括例如包含在使焊料在室温下可流动的助焊剂材料中的焊料小球。焊膏随后可被加热，以熔化焊料球，并烧掉助焊剂材料，从而将焊膏转换成熔融焊料层275。焊料掩膜270包含在寄生辐射器230顶部的期望区域中的熔融焊料层275。

寄生辐射元件250可以通过例如在微带印刷电路板240的上下表面上沉积图案化金属层来形成，其中下表面上的图案化金属层包括多个导电焊料接触层244，上表面上的图案化金属层包括在导电焊料接触层244中的相应导电焊料接触层之上的多个寄生辐射器260。在邻近的导电焊料接触层244之间，以及在邻近的寄生辐射器260之间，可以设置切割线。微带印刷电路板240可被锯切，或者以其他方式切块或切割，以提供多个寄生辐射元件250。在切块之后，每个寄生辐射元件250可被放置在适合与拾放设备一起使用的粘合带上。

再次参见图7B和7C，拾放机器可被编程以从例如粘合带拾取寄生辐射元件250，随后把寄生辐射元件250放置于包含在焊料掩膜270中的开口之一中的含焊料材料274上(含焊料材料274随后被加热成熔融焊料层275)。熔融焊料可粘合到在下面的贴片辐射元件230上，和粘合到寄生辐射元件250的导电焊料接触层244上，熔融焊料在冷却之后使寄生辐射元件250与贴片辐射元件220结合，从而形成堆叠贴片辐射元件200。

当拾放机器将寄生辐射元件250放置在其对应的贴片辐射元件230上时，寄生辐射元件250的导电焊料接触层244通常不会与寄生辐射器230完美对准。对准可能在长度方向L和/或宽度方向W偏离，寄生辐射元件250也可能不与在下面的贴片辐射器230旋转对准。熔融焊料层275的表面张力可使导电焊料接触层244的中心与贴片辐射器230的中心对准，还可使导电焊料接触层244与在下面的贴片辐射器230旋转自对准。在一些实施例中，为了便于这种对准，每个导电焊料接触层244的大小和形状可以与它被安装在的贴片辐射器230的大小和形状相同。焊料可以在贴片辐射器230和导电接触金属层244之间形成永久的物理和电气(导电)结合。贴片辐射器230、其上的焊料层275和导电焊料接触层244的组合从而可以共同起图7A-7C的堆叠贴片辐射元件200中的受激辐射器的作用。鉴于在其上形成的额外金属层，贴片辐射器230的厚度可被减小到低于常规贴片辐射器的厚度。

如图7B中进一步所示，在一些实施例中，利用粘合剂276(比如诸如

销售的300

双面粘合剂之类的双面粘合带，或者诸如

之类的液体粘合剂)可将电介质覆盖件278安装在寄生辐射元件250之上。为了更清楚地表示堆叠贴片辐射元件200的其他元件，图7A中省略了电介质覆盖件278和粘合层276。电介质覆盖件278可被附接到寄生辐射元件250的顶部金属化层(即，寄生辐射器260)。电介质覆盖件278可有助于以与如何将广角阻抗匹配片应用于广角平面相控阵列类似的方式进一步增大阻抗带宽。电介质覆盖件278可能特别有助于改善宽扫描角度下的阻抗匹配。可以调整电介质覆盖件278的大小以装在天线阵列中的多个堆叠贴片辐射元件200上方。在一些实施例中，可以调整电介质覆盖件278的大小以装在天线阵列中的所有堆叠贴片辐射元件200上方。

从图7C和7D中可以进一步看出，可以穿过电介质基底212形成一个或多个通气孔213。每个通气孔213可以简单地是穿过电介质基底212形成的具有圆形水平截面的开口。尽管图7C和7D中表示了单独一个通气孔213，不过要意识到的是在其他实施例中，可以使用多个通气孔213。本领域的技术人员已知，焊膏包括包含在助焊剂材料中的焊料小球。助焊剂材料使焊料在室温下可流动。助焊剂在加热期间蒸发，蒸发的助焊剂可通过通气孔213逃逸，这可减小在熔融焊料中形成空洞的可能性，空洞的形成会不利地影响贴片辐射器230与导电焊料接触层244之间的物理结合和/或电气连接。助焊剂的去除还可有助于确保寄生辐射元件250在贴片辐射元件220上的始终对准。通气孔213可以是镀金属孔或者不镀金属孔。如果通气孔213是镀覆的，那么可以对堆叠贴片辐射元件200的其他参数进行调整，以适应由额外的金属化所引起的阻抗的变化。包含在堆叠贴片辐射元件200中的通气孔213是不镀金属的通气孔，通气孔213可以位于贴片辐射器230的中心下方，因为目前在该位置可能存在空位。通过不镀覆通气孔213，可以减小或消除焊料通过通气孔213渗出的可能性。

图7D是包含八个图7A的拾放堆叠贴片辐射元件200的线性阵列280的示意透视图。图7E是沿图7D的线7E-7E的剖视图。

如图7D-7E中所示，拾放堆叠贴片辐射元件200的线性阵列280包含在安装基底210中形成的总共八个贴片辐射元件200。安装基底210的电介质基底212充当贴片辐射元件220中每个的电介质基底212，在电介质基底212的下表面上的导电接地平面层214充当贴片辐射元件220中每个的接地平面，在电介质基底212的上表面上的金属图案216包括八个贴片辐射器230和八个对应的馈送线234，以及连接到馈送线234中每个以便公共馈送八个贴片辐射元件220的传输线218。

通过计算机仿真优化了各种参数，包括贴片辐射器230的长度L、宽度W和嵌入尺寸，从传输线218延伸到贴片辐射器230的馈送线234的长度，寄生辐射元件260的长度和宽度，寄生辐射器电介质基底242的厚度和电介质常数，以及电介质覆盖件278的厚度和电介质常数，以提供对于上述工作频带和扫描角范围表现出改善的列有源反射系数性能的按照本发明实施例的堆叠贴片辐射元件200的八列天线阵列。电介质基底212、242的厚度被限制为易于从市场上获得的厚度，以致不会导致具有定制厚度的电介质基底的成本增加。

基于这种性能优化，通过利用在HFSS中仰角平面中的周期性主/从边界，设计了具有以下特征的堆叠贴片辐射元件200的八列天线阵列：

·设计的工作频率：27.5-28.35GHz；

·贴片辐射器230尺寸(L×W×D):2.85mm×2.85mm×0.051mm，带0.30mm的馈送嵌入；

·电介质基底212：10密耳厚的Rogers RO3003基底；

·焊料层274：厚度2密耳；

·寄生辐射元件250尺寸(L×W×D)：3.3mm×3.3mm×0.381mm；

·焊料接触金属层244尺寸(L×W×D):2.85mm×2.85mm×0.017mm，带0.30mm的馈送嵌入；

·寄生辐射器260尺寸(L×W×D)：2.85mm×2.85mm×0.017mm，不带嵌入；

·寄生辐射器电介质基底242尺寸：具有约2.2的电介质常数的15密耳厚的RT/Duroid 5880电介质基底；

·粘合剂276：4密耳厚的3M 8153LE；

·电介质覆盖件278：20密耳厚的Rogers RO3003电介质基底。

再次利用Ansys HFSS软件来仿真图7A-7B的堆叠贴片辐射元件200的八列天线阵列的有源回波损耗性能。对于当在方位角平面中扫描有源天线阵列以操纵天线波束向不同的方位指向方向时的3种不同扫描角中的每种扫描角，仿真了作为跨越27.5-28.35GHz工作频带的频率的函数的回波损耗。在这些仿真中，好似有源天线阵列包含八列堆叠贴片辐射元件200地设定条件，其中每一列包含无数的辐射元件200，并且每一列由单独的收发器馈送。为侧向仰角扫描设定周期性主/从边界条件。天线阵列的水平“行”之间的垂直间距被假定为6.70mm，这对应于在27.5-28.35GHz工作频带的中心频率处的整个导波波长。因而，物理线性阵列280中的邻近的堆叠贴片辐射元件200被馈送要发射的相位偏移360度的RF信号子分量，以致这些子分量将建设性地结合。天线阵列的8个垂直列之间的水平间距被假定为5.50mm，以允许在方位角平面中扫描到60度。

图8A-8C是图解说明上述八列天线阵列的作为频率和方位天线波束扫描角的函数的仿真列有源反射系数的图。特别地，图8A图解说明当使天线波束指向有源天线阵列的视轴指向方向时的仿真列有源反射系数，图8B图解说明当使天线波束在方位角平面中扫描30度时的仿真列有源反射系数，图8C图解说明当使天线波束在方位角平面中扫描60度时的仿真列有源反射系数。在设计天线阵列时，权衡了在0度扫描角的性能以改善60度扫描时的性能。设计目标同样是在高达60度的方位扫描角下，在跨越整个工作频带(27.5-28.35GHz)内，有源反射系数小于-10dB。与图3A-3C和图6A-6C一样，在图8A-8C中绘出了8条不同的曲线，以图解说明有源天线阵列中的八个不同列的有源反射系数性能。

从图8A可以看出，当不扫描波束时，按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件200的阵列在跨越整个工作频带内满足小于-10dB的有源反射系数的设计目标。有源反射系数相对于频率是不对称的，在工作频带中的较高频率处具有改善的有源反射系数性能。

如图8B中所示，当使天线波束在方位角平面中扫描30度时，有源反射系数性能的设计目标在跨越整个工作频带内同样得到满足，在所有频率至少有近3dB的裕量。

如图8C中所示，当使天线波束在方位角平面中扫描60度时，对于除了一个之外的所有线性阵列280，有源反射系数性能的设计目标得到满足，在工作频带的高端，线性阵列280几乎不存在未能满足所述目标的情况。图8A-8C中所示的结果表明按照本发明的实施例的拾放堆叠贴片辐射元件的阵列通常将满足回波损耗性能的设计目标。

图9A-9C图解说明包含按照本发明的实施例的多个拾放堆叠贴片辐射元件的8×8有源天线阵列390。特别地，图9A是有源天线阵列390的平面图，图9B和9C是包含在有源天线阵列390中的拾放堆叠贴片辐射元件300之一的放大透视图和平面图。

8×8有源天线阵列390可包括8条传输线318。按照本发明的实施例的八个拾放堆叠贴片辐射元件300经由相应的馈送线334连接到传输线318中的每条。连接到每条传输线的拾放堆叠贴片辐射元件300被布置在相应的列380-1至380-8中。有源天线阵列390可具有切换仰角波束宽度能力，所述能力具有记载在2017年5月15日提交的美国临时专利申请序列号62/506,100中的切换仰角波束宽度网络任意之一的设计，该申请的整个内容通过引用并入本文。尽管未在图9A-9C中图示，不过沿着传输线318中的每条设置诸如PIN二极管之类的一个或多个开关，以允许例如逐个时隙地在两个或更多个不同的仰角波束宽度(有的较宽，有的较窄)之间切换由有源天线阵列390产生的天线波束的仰角波束宽度。可以偏离有源天线阵列390的方位视轴指向方向地扫描有源天线阵列390产生的天线波束的方位指向角。

图9B是包含在有源天线阵列390中的堆叠贴片辐射元件300之一的透视图。如图9B中所示，堆叠贴片辐射元件300包括在电介质基底312的上表面形成的贴片辐射器330。可在电介质基底312的下表面形成接地平面(未图示)。嵌入馈送线334可在凹部332内连接到贴片辐射器330。如图9A中所示，馈送线334的另一端连接到传输线318之一。

以上面参考图7A-7C说明的方式，通过在贴片辐射器330上形成熔融焊料并随后利用拾放设备将寄生辐射元件350安装在熔融焊料上，来将寄生辐射元件350安装在贴片辐射器330上。寄生辐射元件包括导电焊料接触层344、寄生辐射器电介质基底342和寄生辐射器360。电介质覆盖件(未图示)可以安装在寄生辐射元件350之上。

在图9A-9C的实施例中，可以成45度角地布置每个贴片辐射元件300，以便以+45线性极化发射RF信号。在本实施例中，堆叠贴片辐射元件300具有以下特征：

·设计的工作频率：27.5-28.35GHz；

·贴片辐射器330尺寸(L×W×D)：2.95mm×2.95mm×0.051mm，带0.35mm的馈送嵌入；

·电介质基底312：10密耳厚的Rogers RO3003基底；

·焊料层：厚度2密耳；

·焊料接触金属层344尺寸(L×W×D)：2.95mm×2.95mm×0.017mm，带0.35mm的馈送嵌入；

·寄生辐射器360尺寸(L×W×D)：2.95mm×2.95mm×0.017mm，不带嵌入；

·寄生辐射器电介质基底342尺寸：具有约2.0的电介质常数的3.3mm×3.3mm×15mil厚的RT/Duroid 5880LZ电介质基底；

·粘合剂376：4密耳厚的3M 8153LE；

·电介质覆盖件：0.508英寸厚的Rogers RO3003电介质基底。

图10A-10C是图解说明有源天线阵列390的作为频率和方位天线波束扫描角的函数的仿真列有源反射系数的图。特别地，图10A图解说明当使天线波束指向天线阵列的视轴指向方向时的仿真列有源反射系数，图10B图解说明当使天线波束在方位角平面中扫描30度时的仿真列有源反射系数，图10C图解说明当使天线波束在方位角平面中扫描60度时的仿真列有源反射系数。

从图10A可以看出，当不扫描波束时，有源天线阵列390被设计成在跨越整个工作频带内满足有源反射系数小于-10dB的设计目标。如图10B中所示，当使天线波束在方位角平面中扫描30度时，有源反射系数性能的设计目标在跨越整个工作频带内同样得到满足。如图10C中所示，当使天线波束在方位角平面中扫描60度时，对于所有八个线性阵列，有源反射系数性能的设计目标在跨越整个工作频带内同样得到满足。从而，有源天线阵列390在所有扫描角下、在跨越整个工作频带内都满足有源反射系数设计目标。

图11是图解说明(在方位角平面中)扫描到0度、15度、30度、45度、50度、55度和60度的有源天线阵列390的归一化到在视轴处的增益的典型仿真方位角辐射图的图。可以看出，在60度扫描时，增益比在视轴处的增益低约6dB。

再次参见图8A-8C和参见图10A-10C，可以看出有源反射系数性能可能基于每个线性阵列在有源天线阵列中的位置而显著变化。通过允许贴片辐射器(或者按照本发明的实施例的堆叠贴片辐射元件的其他元件)的尺寸基于堆叠贴片辐射元件在有源天线阵列内的位置而变化，可以减小这种变化。这种技术可以进一步优化性能，但是可能增加额外的设计和/或制造成本。在一些实施例中，可以在有源天线阵列的一侧或更多侧设置额外的行和/或列的“虚设”的堆叠贴片辐射元件，以构建更均匀的耦合，从而减小基于列位置的性能的变化。除了该行/列的虚设的堆叠贴片辐射元件不连接到无线电装置而是终止于匹配的负载之外，该行和/或列的虚设的堆叠贴片辐射元件可以与有源天线阵列中其余的行/列的堆叠贴片辐射元件相同。

图12是包括图9A-9C的8×8阵列390的毫米波有源相控阵列天线(也称为“有源天线阵列”)400的示意框图。如图12中所示，有源天线阵列400包括多个堆叠贴片辐射元件300，多个堆叠贴片辐射元件300可以按例如二维阵列排列。二维阵列具有并排排列的八个垂直线性阵列380，从而形成8×8阵列390。

如图12中进一步所示，有源天线阵列400可以连接到基带设备402。有源天线阵列400可以与或者可以不与基带设备402共处一地。基带设备402可以对将由有源天线阵列400发射或者由有源天线阵列400接收的数据进行诸如数字编码、均衡和同步之类的功能。基带设备402可包括与回程网络的接口。

基带数据(例如，以0Hz为中心的100MHz频带中的数字数据)可以从基带设备402被接收，并被馈送给数-模("D/A")转换器410。数-模转换器410可将该数字数据转换成中频模拟信号。在例证实施例中，中频信号可以是2GHz信号，但要意识到的是可以使用任何合适的中频，或者数-模转换器410的输出可以是在基带。数-模转换器410输出的模拟信号被馈送给第一发射/接收开关420。由于5G蜂窝通信系统一般是时分复用系统，其中在不同时隙期间可以服务不同的用户或者用户组，并且在许多情况下，相同的频率(但是不同的时隙)可以用于发射和接收信号，因此设置了第一发射/接收开关420。例如，每个10毫秒时段(或者某个其他更小的时间段)可表示一“帧”，帧被进一步划分成数十个或数百个单独的时隙。每个用户可被分配时隙之一，基站可被配置为在每个帧的不同用户各自的时隙内与不同用户通信。借助全二维波束操纵，基站天线可以逐个时隙地产生小的、高度聚集的天线波束。这些高度聚集的天线波束，以及被馈送给每个辐射元件(或者辐射元件组)的子分量的相位和振幅被调整，以便操纵窄的天线波束，以使它在每个相应的时隙内指向不同的用户。

再次参见图12，发射/接收开关420可被设定成或者沿着在数-模转换器410和堆叠贴片辐射元件300之间延伸的发射信号路径馈送要发射的数据，或者馈送在堆叠贴片辐射元件380处沿着在堆叠贴片辐射元件300和模-数转换器412之间延伸的接收信号路径接收的信号。通过发射/接收开关420传递的发射信号被传递给上/下变频器422。上/下变频器422可以由产生例如26GHz信号的本地振荡器424馈送。在替换实施例中，本地振荡器424产生13GHz信号，在与2GHz数据信号相乘之前，该信号的频率由上/下变频器加倍。上/下变频器422可以将通过发射/接收开关420输出的2GHz数据信号乘以26GHz本地振荡器信号，以将2GHz数据信号上变频成28GHz。该28GHz信号可由上/下变频器422输出给第一环行器432(或者，可替换地，另外的发射/接收开关)。第一环行器将28GHz信号路由到放大器434，放大器434增大信号电平，以保持可接受的信噪比。放大器434的输出被馈送给第二环行器436(或者，可替换地，另外的发射/接收开关)，第二环行器将信号馈送给滤波器440。

滤波器440可包括滤除在上/下变频器422处产生的互调产物以及任何其他不想要的信号或噪声的带通滤波器。例如，滤波器440可包括28GHz带通滤波器。滤波器440输出的滤波后的28GHz信号被传递给1×8功率耦合器442，功率耦合器442将要发射的RF信号分成八个子分量(八个子分量可以具有或者可以不具有相等的振幅，这取决于功率耦合器442的设计)。八个子分量随后各自沿着八个发射路径444之一传递到辐射元件300的列380之中的相应列。

聚焦于八个发射路径444中的第一发射路径(即，一个馈送性阵列380-1)，功率耦合器442输出的RF信号的子分量被传递给第二发射/接收开关450。第二发射/接收开关450把RF信号的子分量传递给可变衰减器452，可变衰减器452可用于减小所述子分量的幅度。可变衰减器452例如可包括可变电阻器，可变电阻器具有可以通过应用控制信号来选择的多个不同阻值。每个可变衰减器452从而可以用于把提供给它的信号的幅度减小由提供给可变衰减器452的控制信号所决定的量。可变衰减器452输出的RF信号的子分量被传递给可变移相器454，可变移相器454可用于更改RF信号的子分量的相位。可变移相器454例如可包括可以调整输入给它的毫米波信号的相位的集成电路芯片。提供给可变移相器452的控制信号可以选择多个相移之一。可变移相器454的输出被传递给高功率放大器456，高功率放大器456将RF信号的子分量放大到合适的发射电平。放大的RF信号子分量随后被传递给辐射元件300的第一线性阵列380-1以进行空中发射。分割器/组合器网络(未图示)可以进一步分割RF信号的子分量，以将RF信号子分量的一部分传递给线性阵列380中的每个辐射元件300。

当按接收模式工作时，可在第一线性阵列380-1的八个辐射元件300中的每个处接收毫米波信号(例如，28GHz信号)。上述分割器/组合器网络(未图示)可以组合接收信号的八个子分量，并将组合的接收信号通过发射/接收开关458传递给接收路径446。接收路径446包括低噪声放大器460。低噪声放大器放大接收的信号，并将其传递给可调移相器462。可变移相器462的输出被传递给可变衰减器464，可变衰减器464可用于减小接收信号的幅度。可变移相器462的输出可被传递给第二发射/接收开关450，第二发射/接收开关450将信号传递给功率耦合器442，功率耦合器442组合沿着八个接收路径446传递的在八个线性阵列380中每一个处接收的RF信号。功率组合器442将组合的RF信号传递给滤波器440，滤波器440滤除不想要的信号和噪声。

接收的信号从滤波器440馈送给第二环行器436，第二环行器436把信号馈送给低噪声放大器438。低噪声放大器438增大接收信号的电平以保持可接受的信噪比。接收的信号随后通过第一环行器432被传递给上/下变频器422，上/下变频器422利用本地振荡器信号将接收的信号下变频到中频(例如，2.0GHz)。该下变频后的信号通过第一发射/接收开关420被传递给模-数转换器412。模-数转换器412的输出被馈送给基带设备402。

尽管上面的讨论只说明了发射路径444之一和接收路径446之一，不过要意识到的是其他发射路径和接收路径444、446可按照与上面讨论的发射路径和接收路径相同的方式工作。

如图12中所示，在例证实施例中，天线阵列390可包括多列380的辐射元件300，每列380可按相似的方式馈送。在描述的实施例中，相同的发射信号被馈送给相应列380中的每个辐射元件300。

与现有技术的堆叠贴片辐射元件及关联的天线阵列相比，按照本发明的实施例的堆叠贴片辐射元件及包含这样的堆叠贴片辐射元件的天线阵列具有许多优点。通过利用焊接到贴片辐射器的单独的寄生辐射元件“盘”(“puck”)，可以把任何适当的电介质基底用于寄生辐射元件，而不是与贴片辐射元件的电介质基底适当匹配的电介质基底。从而，可以选择寄生辐射器电介质基底的厚度和电介质常数，来改善堆叠贴片辐射元件的性能。通常，寄生辐射器电介质基底的厚度增大和电介质常数降低对应于带宽的增大。从而，可以选择贴片辐射元件的电介质基底的厚度和电介质常数，来提供期望的馈送网络特性和良好的阻抗匹配(从而提供良好的回波损耗性能)，同时可以选择寄生辐射器电介质基底的厚度和电介质常数来改善堆叠贴片辐射元件的辐射性能。

通过利用标准印刷电路处理技术和标准路由技术来从印刷电路板切割多个寄生辐射元件，可以制造按照本发明的实施例的堆叠贴片辐射元件。寄生辐射器电介质基底的厚度和电介质常数提供可用于在跨越波束扫描范围内优化阻抗匹配的额外的设计变量。低电介质常数可提供改善的天线辐射图。在例证实施例中，寄生辐射器电介质基底可以是可从Rogers获得的15密耳厚的5880LZ电介质基底，该电介质基底具有约2.0的电介质常数，不过可以使用各种各样的其他电介质基底。

由于寄生辐射元件是通过焊接连接而安装在每个贴片辐射元件上的小的单独元件(“盘”)，因此寄生辐射器电介质基底的热膨胀系数不必与作为每个贴片辐射元件的一部分的电介质基底的热膨胀系数匹配。于是，寄生辐射器电介质基底的厚度和电介质常数是可以选择以改善天线阵列的扫描阻抗带宽的附加变量。

另外，“盘”寄生辐射元件设计提供一种将寄生辐射元件附接到在下面的贴片辐射元件以致每个寄生辐射元件在长度、宽度和旋转方向上与它们的对应贴片辐射元件对准的便利机制。由于焊料的表面张力可以自动进行这种对准，因此可以实现很高的对准度。

按照本发明的实施例的堆叠贴片辐射元件的另一个优点在于单独的寄生辐射元件“盘”允许在邻近的堆叠贴片辐射元件之间焊接额外的表面安装组件。例如，包含在记载于上述美国临时专利申请序列号62/522,859中的仰角馈送网络中的微带馈送件中的PIN二极管可以被安装在邻近的堆叠贴片辐射元件之间，以允许切换仰角波束宽度天线阵列。

要意识到的是可以对上述实施例作出众多的修改，而不脱离本发明的范围。例如，尽管图示的实施例包括边缘馈送贴片辐射器，但要意识到的是在其他实施例中，可以使用探针馈送贴片辐射元件。同样要意识到的是可以使用具有非正方形轮廓的贴片辐射器。再例如，代替使用单一的较大电介质覆盖件，在其他实施例中，可以在每个“盘”中包含单独的电介质覆盖件。尽管描述了每个堆叠贴片辐射元件仅一个通气孔，不过在其他实施例中，可以设置多个通气孔。

上面参考附图，说明了本发明。本发明不限于例示的实施例；相反，这些实施例旨在向本领域的技术人员充分且完全地公开本发明。附图中，相同的附图标记指示相同的元件。一些元件的厚度和尺寸可能不是按比例的。

为了易于说明，本文中可使用诸如“在…之下”、“在…下面”、“下方的”、“在…之上”、“上面的”、“顶部”、“底部”之类的空间相对用语来描述如图中图解所示的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。要明白的是空间相对用语旨在除了图中所示的定向之外，还包含使用或操作中的设备的不同定向。例如，如果图中的设备被翻转过来，那么描述成在其他元件或特征之下或下方的元件于是会被定位在所述其他元件或特征之上。从而，例证用语“在…之下”可以包含在…之上和在…之下的定位。设备可以以其他方式定向(被旋转90度或者定位于其他方向)，从而可以相应地解释本文中使用的空间相对描述词。

为了简洁和/或清楚起见，未详细说明公知的功能或结构。本文中使用的表述“和/或”包括关联列举项目中的一个或多个的任何组合。

要明白的是尽管本文中可以使用用语“第一”、“第二”等来描述多种元件，不过，这些元件不应受这些用语限制。这些用语只是用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可被称为第二元件，类似地，第二元件可被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。

Claims (41)

1.一种堆叠贴片辐射元件，包括：

具有相对的第一表面和第二表面的电介质基底；

在电介质基底的第一表面上的接地平面；

在电介质基底的第二表面上的贴片辐射器；

被配置为将贴片辐射器连接到传输线的馈送件；

在贴片辐射器上与电介质基底相对的焊料层；和

在焊料层上与贴片辐射器相对的寄生辐射元件，所述寄生辐射元件包括：

在焊料上的金属层；

在第一金属层上与焊料相对的寄生辐射器电介质基底；和

在寄生辐射器电介质基底上与第一金属层相对的寄生辐射器。

2.根据权利要求1所述的堆叠贴片辐射元件，其中寄生辐射器的占用区域小于贴片辐射器的占用区域。

3.根据权利要求1或2所述的堆叠贴片辐射元件，其中寄生辐射器的中心与贴片辐射器的中心大致对准。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的堆叠贴片辐射元件，其中焊料层直接接触贴片辐射器和金属层两者。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的堆叠贴片辐射元件，其中贴片辐射器是在一侧包含嵌入的嵌入贴片辐射器，其中传输线通过所述嵌入连接到暴露的贴片辐射器的内部部分。

6.根据权利要求5所述的堆叠贴片辐射元件，其中金属层在一侧包含嵌入，其中金属层中的嵌入与贴片辐射器中的嵌入大致对准。

7.根据权利要求6所述的堆叠贴片辐射元件，其中寄生辐射器在其任何一侧都不包含嵌入。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的堆叠贴片辐射元件，其中金属层的占用区域具有与贴片辐射器的占用区域大致相同的形状。

9.根据权利要求8所述的堆叠贴片辐射元件，其中寄生辐射器的占用区域不同于金属层的占用区域。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的堆叠贴片辐射元件，其中第一开口延伸穿过电介质基底，第二开口延伸穿过接地平面层并连接到第一开口，第一开口和第二开口在贴片辐射器的下方。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的堆叠贴片辐射元件，还包括在寄生辐射器上与寄生辐射器电介质基底相对的电介质覆盖件。

12.根据权利要求11所述的堆叠贴片辐射元件，其中电介质覆盖件经由粘合层附接到寄生辐射器。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的堆叠贴片辐射元件，其中寄生辐射器电介质基底的第一热膨胀系数与电介质基底的第二热膨胀系数相差至少100％。

14.一种制造堆叠贴片辐射元件的阵列的方法，所述方法包括：

提供包括在其上表面的多个贴片辐射器的基底；

在基底的上表面形成焊料掩膜，所述焊料掩膜包括暴露相应贴片辐射器的开口；

在贴片辐射器中的每个贴片辐射器上沉积含焊料材料；和

利用拾放设备将多个寄生辐射元件安装在贴片辐射器中的相应贴片辐射器上，

其中每个寄生辐射元件包括寄生辐射器电介质基底，所述寄生辐射器电介质基底具有在其第一表面上的导电焊料接触层、和在其与第一表面相对的第二表面上的寄生金属层。

15.根据权利要求14所述的方法，其中含焊料材料包括焊膏，所述方法还包括加热焊膏以在贴片辐射器中的每个贴片辐射器上形成熔融焊料层，所述熔融焊料层经冷却与贴片辐射器永久结合。

16.根据权利要求15所述的方法，其中每个寄生辐射元件的导电焊料接触层直接接触在其上安装相应寄生辐射元件的熔融焊料。

17.根据权利要求16所述的方法，其中基底还包括在其下表面的接地平面，其中在贴片辐射器中的每个贴片辐射器下方，第一开口延伸穿过基底，第二开口延伸穿过接地平面并连接到第一开口，并且其中含焊料材料的至少一些非焊料成分通过第一开口和第二开口排出。

18.根据权利要求14-17中任一项所述的方法，所述方法还包括在寄生辐射器电介质基底的第一侧形成第一金属图案并在寄生辐射器电介质基底的第二侧形成第二金属图案以形成寄生辐射器板，以及随后切割所述寄生辐射器板以形成多个寄生辐射元件中的至少一些。

19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括将寄生辐射元件中的每个寄生辐射元件放置到粘合带上。

20.根据权利要求14-19中任一项所述的方法，其中每个寄生辐射器的占用区域小于在其上安装相应寄生辐射器的贴片辐射器的占用区域。

21.根据权利要求14-20中任一项所述的方法，其中每个寄生辐射器的中心与在其上安装相应寄生辐射器的贴片辐射器的中心大致对准。

22.根据权利要求14-21中任一项所述的方法，其中每个贴片辐射器是在一侧包含嵌入的嵌入贴片辐射器，以及每个导电焊料接触层在一侧包含嵌入，所述嵌入与在其上安装焊料接触金属层的相应贴片辐射器中的嵌入大致对准。

23.根据权利要求22所述的方法，其中每个寄生辐射元件的寄生辐射器不包含任何嵌入。

24.根据权利要求14-23中任一项所述的方法，其中每个导电焊料接触层具有大致相同的占用区域，每个贴片辐射器具有大致相同的占用区域，以及每个导电焊料接触层的占用区域与每个贴片辐射器的占用区域形状大致相同。

25.根据权利要求14-24中任一项所述的方法，其中对于每个寄生辐射元件，寄生辐射器的占用区域不同于导电焊料接触层的占用区域。

26.根据权利要求14-25中任一项所述的方法，所述方法还包括按照与贴片辐射器相对的方式将电介质覆盖件粘合到寄生辐射器上。

27.一种有源天线阵列，包括：

基板，所述基板包含：

具有相对的第一表面和第二表面的电介质基底；

在电介质基底的第一表面上的接地平面；

在电介质基底的第二表面上的多个贴片辐射器；和

多个馈送件，每个馈送件被配置为将贴片辐射器中的相应贴片辐射器连接到馈送网络的多条传输线之一；

在电介质基底的第二表面上的具有多个开口的焊料掩膜；

在焊料掩膜中的开口内的焊料；和

在焊料上的多个寄生辐射元件，每个寄生辐射元件包含：

具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的寄生辐射器电介质基底；

在寄生辐射器电介质基底的第一表面上的导电焊料接触层；和

在寄生辐射器电介质基底的第二表面上的寄生辐射器。

28.根据权利要求27所述的有源天线阵列，其中每个寄生辐射器的占用区域小于在其上安装相应寄生辐射器的贴片辐射器的占用区域。

29.根据权利要求27所述的有源天线阵列，其中每个寄生辐射器的中心与在其上安装相应寄生辐射器的贴片辐射器的中心大致对准。

30.根据权利要求27-29中任一项所述的有源天线阵列，其中每个贴片辐射器是在一侧包含嵌入的嵌入贴片辐射器，以及每个导电焊料接触层在一侧包含嵌入，所述嵌入与在其上安装导电焊料接触层的相应贴片辐射器中的嵌入大致对准。

31.根据权利要求30所述的有源天线阵列，其中每个寄生辐射元件的寄生辐射器不包含任何嵌入。

32.根据权利要求27所述的有源天线阵列，其中对于每个寄生辐射元件，寄生辐射器的占用区域不同于导电焊料接触层的占用区域。

33.根据权利要求32所述的有源天线阵列，其中对于每个寄生辐射器，导电焊料接触层的占用区域具有与在其上安装寄生辐射元件的贴片辐射器的占用区域大致相同的形状。

34.根据权利要求27-33中任一项所述的有源天线阵列，还包括在寄生辐射元件上与贴片辐射器相对的电介质覆盖件。

35.根据权利要求34所述的有源天线阵列，其中电介质覆盖件经由粘合层附接到焊料掩膜和/或寄生辐射器。

36.根据权利要求27-35中任一项所述的有源天线阵列，其中在贴片辐射器中的每个贴片辐射器下方，第一开口延伸穿过电介质基底，以及第二开口延伸穿过接地平面并连接到第一开口。

37.根据权利要求27-36中任一项所述的有源天线阵列，其中每个寄生辐射器电介质基底的第一热膨胀系数与电介质基底的第二热膨胀系数相差至少100％。

38.根据权利要求27-37中任一项所述的有源天线阵列，其中贴片辐射器与在贴片辐射器之下的那部分的电介质基底和接地平面的每个组合包括贴片辐射元件，并且其中每个贴片辐射元件与安装在其上的相应寄生辐射元件的组合包括堆叠贴片辐射元件。

39.根据权利要求27-38中任一项所述的有源天线阵列，还包括多个虚设堆叠贴片辐射元件，除了每个虚设堆叠贴片辐射元件的贴片辐射器不连接到馈送网络之外，每个虚设堆叠贴片辐射元件与邻近的堆叠贴片辐射元件基本上相同。

40.根据权利要求1-13中任一项所述的堆叠贴片辐射元件，其中电介质基底包括在贴片辐射器下方的至少一个通气孔，以及接地平面包括与所述通气孔流体连通的开口。

41.根据权利要求40所述的堆叠贴片辐射元件，其中所述通气孔不镀金属。

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