CN112290215B - 相控阵天线阵面 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种相控阵天线阵面，涉及天线技术领域，相控阵天线阵面包括多个相控阵天线模块，每个相控阵天线模块包括基板和若干个阵列设置在基板上的天线单元，每个天线单元的周围开设有多个贯穿基板的第一导电通孔；相邻的两个天线单元之间还开设有至少一个贯穿基板的第二导电通孔，以使相邻的两个天线单元相互间隔。通过第一导电通孔提高了天线单元间的隔离度，减小了天线单元之间的相互影响，并通过第二导电通孔模拟安装缝隙，结合第一导电通孔，使得每个通道内的辐射性能保持一致，从而弱化了安装缝隙的影响，减弱了因安装缝隙造成的栅瓣，从而使得大型阵列拼接成为可能，为AiP模块实现大型阵列可拼接提供了解决方案。

Description

相控阵天线阵面

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种相控阵天线阵面。

背景技术

目前封装天线(AiP)形式，常见于可移动设备上，例如手机天线、平板电脑和可穿戴智能设备等，实现了模块高集成，低损耗。AiP天线近两年也在毫米波相控阵天线领域得到发展，但封装规模常见于2x2天线封装为1个AiP模块，和4x4天线封装为一个AiP模块。

目前最大阵列规模未超过64通道，即使用4个4x4AIP模块，贴片拼接组成64通道产品。而未见有使用4x4AiP模块组成大规模相控阵天线(单元阵面大于或等于1024)，如若强行拼接形成大规模相控阵天线，则存在以下问题：使用AiP大规模组阵，为保证成品率，考虑贴片时不会因为环境因素导致各个模块间发生干涉，从而使得拼接时会模块间会存在一定的缝隙，该缝隙导致大规模AiP组阵会产生栅瓣，影响天线性能。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种相控阵天线阵面，其能够降低因安装缝隙带来的栅瓣，为AiP模块实现大型阵列可拼接提供了解决方案。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种相控阵天线阵面，包括多个相控阵天线模块，每个所述相控阵天线模块包括包括基板和若干个阵列设置在基板上的天线单元，每个所述天线单元的周围开设有多个贯穿所述基板的第一导电通孔，以提高所述天线单元间的隔离度；相邻的两个所述天线单元之间还开设有至少一个贯穿所述基板的第二导电通孔，以使相邻的两个所述天线单元相互间隔；所述第一导电通孔的孔壁上设置有用于接地的第一金属层，所述第二导电通孔的孔壁上设置有用于接地的第二金属层；

其中，相邻两个所述基板之间具有安装缝隙，至少一个所述第二导电通孔沿直线排布，用于模拟所述安装缝隙，且所述第二导电通孔的排布直线的两侧设置有所述第一导电通孔。

在可选的实施方式中，每个所述天线单元周围开设有多个所述第一导电通孔，多个所述第一导电通孔沿一矩形框分布在对应的所述天线单元周围。

在可选的实施方式中，相邻的两个所述天线单元之间还开设有多个所述第二导电通孔，多个所述第二导电通孔沿一直线方向排布在所述基板上。

在可选的实施方式中，多个所述第二导电通孔的排布直线的两侧均设置有所述第一导电通孔。

在可选的实施方式中，多个所述第一导电通孔和相邻的多个所述第二导电通孔交错设置。

在可选的实施方式中，所述第二导电通孔呈圆形或腰圆形。

在可选的实施方式中，所述第一导电通孔的过孔面积小于所述第二导电通孔的过孔面积。

在可选的实施方式中，所述第二导电通孔的宽度与所述安装缝隙的宽度相同。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明提供的相控阵天线阵面，通过在每个天线单元周围开设第一导电通孔，并在相邻两个天线单元之间开设第二导电通孔，通过第一导电通孔提高了天线单元间的隔离度，减小了天线单元之间的相互影响，并通过第二导电通孔模拟缝隙，结合第一导电通孔，使得每个通道内的辐射性能保持一致，从而弱化了安装缝隙的影响，减弱了因安装缝隙造成的栅瓣，为AiP模块实现大型阵列可拼接提供了解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的相控阵天线模块的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的相控阵天线模块的局部结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的相控阵天线阵面的结构示意图；

图4为本发明第三实施例提供的相控阵天线阵面的结构示意图；

图5为本发明第三实施例提供的相控阵天线阵面的局部结构示意图。

图标：100-相控阵天线模块；110-基板；130-天线单元；150-第一导电通孔；170-第二导电通孔；200-相控阵天线阵面；210-安装缝隙。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术中所公开的，封装天线(Antenna-in-Package)，是一种将无源天线与射频芯片统一封装的一种形式，特点是低高集成，低损耗。现有的AiP封装天线，其最大阵列规模未超过64通道，即一般是采用4x4AIP模块，贴片拼接组成64通道产品，而当需要拼接形成大规模相控阵天线阵面时，则会产生一定的栅瓣，影响天线性能。具体原因如下：

1)由于天线与射频芯片统一封装，且需要保证封装的可靠性，因此单片AiP规格受到限制，单个模块AiP规格为2x2通道或者是4x4通道。

2)单个模块规格为4x4通道，组成64通道阵列仅需4个模块即可，4个AiP模块在拼接贴片时的对位误差对天线的方向图不会造成明显影响，由于阵列比较小，也不会产生栅瓣。

3)当使用AiP进行大规模组阵例如4096阵列时，需要使用256个4x4AiP模块进行拼接，拼接时天线模块间会存在一定的缝隙，该缝隙是导致大规模AiP组阵会产生栅瓣的主要原因之一。

4)使用AiP大规模组阵，为保证成品率，考虑贴片时不会因为环境因素导致各个模块间发生干涉，则缝隙必然存在，因此由缝隙产生的栅瓣也必然存在。

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的相控阵天线模块，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

第一实施例

结合参见图1、图2、图4和图5，本实施例提供了一种相控阵天线模块100，其减弱了因安装缝隙210造成的栅瓣，为AiP模块实现大型阵列可拼接提供了解决方案。

本实施例提供的相控阵天线模块100，包括基板110和若干个阵列设置在基板110上的天线单元130，每个天线单元130的周围开设有至少一个贯穿基板110的第一导电通孔150，以提高天线单元130间的隔离度；相邻的两个天线单元130之间还开设有至少一个贯穿基板110的第二导电通孔170，以使相邻的两个天线单元130相互间隔。

在本实施例中，在实际应用时，多个相控阵天线模块100拼接形成一相控阵天线阵面200，相邻的基板110拼接在一起，在拼接处形成有安装缝隙210。

在本实施例中，基板110为印刷电路板，多个天线单元130阵列贴设在基板110的表面，具体地，本实施例中相控阵天线模块100为4x4通道，即单个基板110上设有4x4排布的16个天线单元130，16个天线单元130分布在基板110的表面，每个天线单元130周围都设置有第一导电通孔150，相邻的天线单元130之间的基板110上还设置有第二导电通孔170，第一导电通孔150和第二导电通孔170均接地，其中第一导电通孔150用于增加相邻的天线单元130之间的隔离度，第二导电通孔170用于模拟安装缝隙210，以配合第一导电通孔150弱化基板110间的安装缝隙210的影响，减弱了因安装缝隙210造成的栅瓣。

在本实施例中，每个天线单元130周围开设有多个第一导电通孔150，多个第一导电通孔150沿一矩形框分布在对应的天线单元130周围。具体地，天线单元130呈矩形片状，多个第一导电通孔150均呈圆孔状，并沿一矩形框分布在天线单元130的四周，实现对天线单元130的隔离，以提高相邻两个天线单元130之间的隔离度。当然，此处单个天线单元130周围的多个第一导电通孔150也可以沿一椭圆框或者菱形框设置，对于其分布形状，在此不做具体限定。

需要说明的是，本实施例中每个天线单元130均具有单独的矩形框状的多个第一导电通孔150，即相邻两个天线单元130之间具有两层第一导电通孔150，分别属于两个天线单元130周围的矩形框结构。当然，此处也可以采用单层结构，即相邻的两个天线单元130之间共用同一层第一导电通孔150。

在本实施例中，相邻的两个天线单元130之间还开设有多个第二导电通孔170，多个第二导电通孔170沿一直线方向排布在基板110上。具体地，在纵向相邻的两个天线单元130和横向相邻的两个天线单元130之间均开设有多个第二导电通孔170，相邻两个天线单元130之间的第二导电通孔170沿直线排布，并形成直线段结构，从而用于模拟形成安装缝隙210，通过多个横向和纵向的直线段结构，使得拼接形成后的天线阵面上，每个天线单元130均为独立可重复的结构，即每个天线单元130周围均具有安装缝隙210或模拟安装缝隙210，并结合每个天线单元130周围呈矩形框状设置的多个第一导电通孔150，使得每个通道间的辐射性能保持一致，从而弱化了安装缝隙210的影响。

需要说明的是，本实施例中，第二导电通孔170用于模拟安装缝隙210，本实施例中以使相邻两个天线单元130相互间隔，指的是相邻两个天线单元130之间具有模拟形成的安装缝隙210。

在本实施例中，多个第二导电通孔170的排布直线的两侧均设置有第一导电通孔150。具体地，在多个第二导电通孔170形成的直线段结构的两侧的基板110上均开设有多个第一导电通孔150，即第二导电通孔170开设在相邻的两个矩形框结构之间，从而使得第二导电通孔170配合第一导电通孔150作用，实现减弱栅瓣的作用。

在本实施例中，多个第一导电通孔150和相邻的多个第二导电通孔170交错设置。具体地，位于直线段结构两侧的多个第一导电通孔150两两相对设置，并与中间的第二导电通孔170交错设置，以进一步提高相邻两个天线单元130之间的隔离度。

在本实施例中，第二导电通孔170呈圆形，且第一导电通孔150的过孔面积小于第二导电通孔170的过孔面积，即第一导电通孔150的孔径小于第二导电通孔170的孔径，从而使得第一导电通孔150和第二导电通孔170的分布更加合理可靠。

需要说明的是，本实施例中第一导电通孔150的过孔面积，指的是第一导电通孔150的横截面形成的圆所围成的面积，第二导电通孔170的过孔面积，指的是第二导电通孔170的横截面形成的圆所围成的面积。

在本实施例中，此处第二导电通孔170的孔径与安装缝隙210的宽度一致，以保证模拟形成的安装缝隙210与实际安装缝隙210之间的一致性。具体地，实际的安装缝隙210可以根据安装结构确定，在组装形成天线阵面时，相邻两个基板110之间的安装缝隙210根据安装环境和安装结构确定，可根据经验或者仿真实验确定，再依据该经验或仿真实验设定第二导电通孔170的直径，使得第二导电通孔170的直径与最终的安装缝隙210的宽度相同，以保证隔离效果的均一性。

在本实施例中，第一导电通孔150的孔壁上设置有用于接地的第一金属层，第二导电通孔170的孔壁上设置有用于接地的第二金属层，通过第一金属层和第二金属层实现接地功能，具体地，第一导电通孔150和第二导电通孔170均为金属化通孔，通过在孔壁上电镀铜层形成，具体可参考现有的金属化通孔的制作过程。

综上所述，本实施例提供了一种相控阵天线模块100，其通过在每个天线单元130周围开设第一导电通孔150，并在相邻两个天线单元130之间开设第二导电通孔170，第二导电通孔170的直径与安装缝隙210的宽度相同，通过第一导电通孔150提高了天线单元130间的隔离度，减小了天线单元130之间的相互影响，并通过第二导电通孔170模拟安装缝隙210，结合第一导电通孔150，使得每个通道内的辐射性能保持一致，从而弱化了安装缝隙210的影响，减弱了因安装缝隙210造成的栅瓣，从而使得大型阵列拼接成为可能，为AiP模块实现大型阵列可拼接提供了解决方案。

第二实施例

参见图3，本实施例提供了一种相控阵天线模块100，其基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

在本实施例中，相控阵天线模块100包括基板110和若干个阵列设置在基板110上的天线单元130，每个天线单元130的周围开设有至少一个贯穿基板110的第一导电通孔150，以提高天线单元130间的隔离度；相邻的两个天线单元130之间还开设有至少一个贯穿基板110的第二导电通孔170，以使相邻的两个天线单元130相互间隔。

在本实施例中，相邻的两个天线单元130之间还开设有一个第二导电通孔170，第二导电通孔170呈腰圆形，并沿一直线方向排布在基板110上。具体地，在纵向相邻的两个天线单元130和横向相邻的两个天线单元130之间均开设有第二导电通孔170，相邻两个天线单元130之间的第二导电通孔170沿直线排布，并形成直线段结构。直线段结构的两侧均设置有多个第一导电通孔150。

需要说明的是，本实施例中第二导电通孔170呈腰圆形，其长轴方向与相邻两个天线单元130的中心连线相垂直，并且其长轴方向上的宽度大于或等于天线单元130的宽度，从而使得相邻两个天线单元130之间形成条状的通孔结构，以模拟安装缝隙210。

在本实施例中，第二导电通孔170在短轴方向上的宽度等于拼接时两个基板110之间的安装缝隙210的宽度，其可以根据经验值或者仿真实验确定。

需要说明的是，本实施例中提及的长轴方向，指的是腰圆形的长轴方向，即腰圆形上相距最远的两点的连线方向。同时本实施例中提及的短轴方向，指的是腰圆形的短轴方向，即腰圆形的两个相对的直边间的垂直连线方向。同时，本实施例中所提及的第二导电通孔170的宽度，即指的是第二导电通孔170在短轴方向上的宽度，即腰圆形的两个相对的直边间的距离。

第三实施例

参见图4和图5，本实施例提供了一种相控阵天线阵面200，包括多个相控阵天线模块100，其中相控阵天线模块100的基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例或第二实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例或第二实施例中相应内容。

在本实施例中，相控阵天线阵面200，包括多个相控阵天线模块100，每个相控阵天线模块100包括基板110和若干个阵列设置在基板110上的天线单元130，每个天线单元130的周围开设有至少一个贯穿基板110的第一导电通孔150，以提高天线单元130间的隔离度；相邻的两个天线单元130之间还开设有至少一个贯穿基板110的第二导电通孔170，以使相邻的两个天线单元130相互间隔。多个基板110沿同一平面拼接在一起，相邻两个基板110之间具有安装缝隙210。

在本实施例中，相控阵天线阵面200为大规模天线阵面，其单元阵面数量超过1024，优选为4096阵列，即需要使用256个相控阵天线模块100拼接形成，每个相控阵天线膜上通过第一导电通孔150提高了天线单元130间的隔离度，减小了天线单元130之间的相互影响，并通过第二导电通孔170模拟安装缝隙210，结合第一导电通孔150，使得每个通道内的辐射性能保持一致，从而弱化了安装缝隙210的影响，可忽略由于拼接留下的安装缝隙210对方向图形成栅瓣的影响，消除了由存在安装缝隙210引起的栅瓣问题。

在本实施例中，第二导电通孔170的宽度与安装缝隙210的宽度相同，具体地，当第二导电通孔170为圆形孔时，第二导电通孔170的宽度即指的是第二导电通孔170的孔径大小，其与安装缝隙210的宽度相同，以使多个第二导电通孔170模拟安装缝隙210。当第二导电通孔170为腰圆形孔时，第二导电通孔170的宽度即指的是腰圆形的短轴方向上的宽度，其与安装缝隙210的宽度相同。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种相控阵天线阵面，其特征在于，包括多个相控阵天线模块，每个所述相控阵天线模块包括基板和若干个阵列设置在所述基板上的天线单元，每个所述天线单元的周围开设有多个贯穿所述基板的第一导电通孔，以提高所述天线单元间的隔离度；相邻的两个所述天线单元之间还开设有至少一个贯穿所述基板的第二导电通孔，以使相邻的两个所述天线单元相互间隔；所述第一导电通孔的孔壁上设置有用于接地的第一金属层，所述第二导电通孔的孔壁上设置有用于接地的第二金属层；

其中，相邻两个所述基板之间具有安装缝隙，至少一个所述第二导电通孔沿直线排布，用于模拟所述安装缝隙，且所述第二导电通孔的排布直线的两侧设置有所述第一导电通孔。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线阵面，其特征在于，每个所述天线单元周围开设有多个所述第一导电通孔，多个所述第一导电通孔沿一矩形框分布在对应的所述天线单元周围。

3.根据权利要求1或2所述的相控阵天线阵面，其特征在于，相邻的两个所述天线单元之间还开设有多个所述第二导电通孔，多个所述第二导电通孔沿一直线方向排布在所述基板上。

4.根据权利要求3所述的相控阵天线阵面，其特征在于，多个所述第二导电通孔的排布直线的两侧均设置有所述第一导电通孔。

5.根据权利要求4所述的相控阵天线阵面，其特征在于，位于所述排布直线两侧的多个所述第一导电通孔两两相对设置，并与位于中间的多个所述第二导电通孔交错设置。

6.根据权利要求1或2所述的相控阵天线阵面，其特征在于，所述第二导电通孔呈圆形或腰圆形。

7.根据权利要求1所述的相控阵天线阵面，其特征在于，所述第一导电通孔的过孔面积小于所述第二导电通孔的过孔面积。

8.根据权利要求1所述的相控阵天线阵面，其特征在于，所述第二导电通孔的在短轴方向上宽度或所述第二导电通孔的孔径与两个所述基板之间形成的所述安装缝隙的宽度相同。

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