CN112798830B - 一种适用于多天线测试的转接装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于多天线测试的转接装置，包括依次层叠的第一金属地板、第一介质层、第二金属地板、第二介质层和天线层，还包括金属柱组、用于向天线层所载入的天线体馈电的第一探针和用于与接头相接的第二探针；第一金属地板上设置有镂空槽，镂空槽内设置有梯度微带；梯度微带的宽度存在梯度变化，其一端与第一探针相接，另一端与第二探针相接；金属柱组中的金属柱沿着镂空槽的边依次排列；金属柱一端与第一金属地板连接，另一端与第二金属地板连接。该设计结构简单、对天线性能影响小、加工工艺简单、成本低，多个共面波导整合并共用同一第二金属地板即能够在小的测试面积及较低的费用前提下，实现测试多个天线性能，测试难度低。

Description

一种适用于多天线测试的转接装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其是指一种适用于多天线测试的转接装置及其使用方法。

背景技术

随着第五代（5G）移动通信的快速发展，毫米波天线因其具有低时延、高传输速率和高接入密度等优点被广泛应用于各种无线系统和雷达传感器中。传统的毫米波雷达传感器设计，天线和芯片位于同一平面上，极大地增加了整个无线通信系统的横向尺寸和链路损耗，导致系统集成度的降低和产品成本的增加。

封装天线技术则可以很好地克服这些技术痛点，其将芯片倒装在天线下面，再将两者封装成一个系统，显著地减少了整个系统的尺寸和成本。然而，板子面积的减少会极大增加天线设计和测试的难度。以我们设计的24 GHz毫米波雷达天线为例，为了实现精准定位，需要设计一个发射天线和两个接收天线且天线两两之间的隔离度需要大于20 dB，天线和金属地板分别位于介质基板的上下表面，板子的面积为15mm×15mm。常用的毫米波接头的尺寸为12.7mm×12.7mm，故需要增大板子的面积才能焊上3个接头测试天线的性能。但是，增大PCB板子的面积会改变天线的辐射性能，使其无法对标原来的天线性能。测试封装天线的另一种方法是利用探针台的探针接触天线的端口。然而，探针台通常只有两个探针接头，另一个天线的端口需要接上50Ω的匹配负载，接匹配负载以及测试不同端口均会大大增加测试的难度和费用。此外，测试天线的远场性能也是非常困难的。总的来说，测试小面积下的多个天线的性能，测试难度很大且测试费用极高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为降低测试小面积下的多个天线性能的难度和费用，设计一种结构简单、对天线性能影响小、加工工艺简单、成本低等一系列特点的多天线测试的转接装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种适用于多天线测试的转接装置，包括依次层叠的第一金属地板、第一介质层、第二金属地板、第二介质层和天线层，还包括金属柱组、用于向所述天线层所载入的天线体馈电的第一探针和用于与接头相接的第二探针；所述第一金属地板上设置有镂空槽，所述镂空槽内设置有梯度微带；所述梯度微带的宽度存在梯度变化，其一端与所述第一探针相接，另一端与所述第二探针相接；所述金属柱组中的金属柱沿着镂空槽的边依次排列；所述金属柱一端与第一金属地板连接，另一端与第二金属地板连接。

进一步地，中心工作频率波长为λ，相邻的两金属柱之间的间距小于0.25λ。

进一步地，所述第一金属地板、第一介质层、第二金属地板和第二介质层的俯视面均为边长大小一致的矩形；矩形的长边为1-2λ，宽边为1-2λ。

进一步地，所述梯度微带由依次连接的第一微带线、第二微带线和第三微带线构成；所述第二微带线的宽度小于第三微带线的宽度，且大于第一微带线的宽度；所述第一微带线的远离第二微带线端与所述第一探针相接，所述第三微带线的远离第二微带线端与所述第二探针相接；所述梯度微带的特征阻抗与接头的特征阻抗匹配。

进一步地，所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线位于同一直线方向上；所述梯度微带的边沿与所述镂空槽的边沿之间均存在间隙；沿着第一探针指趋向第二探针的方向，所述镂空槽的宽度也随着所述梯度微带的宽度阶梯性地变宽；所述镂空槽的宽度阶梯性突变位置位于第一微带线与第二微带线的相接点旁以及第二微带线与第三微带线的相接点旁；所述镂空槽的与接头相接端的边沿轮廓与接头外轮廓匹配，另一端的边沿呈圆弧状或为直线。

进一步地，所述第一金属地板上设置有至少三个镂空槽，所述金属柱组的数目与所述镂空槽的数目匹配。

进一步地，相邻两第一探针之间的距离大于所述镂空槽的长度。

进一步地，所述接头为同轴接头，其内导体与所述第二探针相接，其外导体与所述镂空槽的边沿相接；所述第二金属地板上设置有方便第一探针穿过的圆孔；圆孔的直径大于第一探针的直径，且小于0.25λ；所述第一介质层的厚度为0.1-1mm，介电常数为1-10；所述第二介质层的厚度为0.1-0.5mm，介电常数为2-6。

一种适用于多天线测试的转接装置的使用方法，将待测天线体置于所述天线层上，使第一探针向所述天线体馈电；天线体的投影均落在所述第二介质层上。

进一步地，通过令天线体的辐射贴片中心偏离第一探针位置的方法，使第二介质层的同一边沿旁的相邻两天线体辐射贴片表面之间形成方向正交或相反的馈电电流。

本发明的有益效果在于：镂空槽边沿与梯度微带之间形成的梯度间隙，梯度间隙与梯度微带构成共面波导传输能量，而金属柱组起到防止能量在传输时从共面波导上向外泄漏的作用，第二金属地板将梯度间隙与天线体进行阻隔，避免共面波导传输的能量与天线体辐射的能量相互干扰，达到便于测试而不增加天线体以外的干扰的目的。该设计结构简单、对天线性能影响小、加工工艺简单、成本低，多个共面波导整合在一起用同一第二金属地板时即能够在小的测试面积以及较低的费用前提下，实现测试多个天线性能，且测试难度低。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构和效果

图1为本发明的一种适用于多天线测试的转接装置的正视图；

图2为本发明的一种适用于多天线测试的转接装置的部分结构背视图（只显示接入一个接头和一个第二探针，另外两个接头和两个第二探针省略）；

图3为本发明的一种适用于多天线测试的转接装置的部分结构右视图（只显示接入一个接头和一个第二探针，另外两个接头和两个第二探针省略）；

图4为本发明的一种适用于多天线测试的转接装置的等轴侧视图；

图5为本发明的一种适用于多天线测试的转接装置所载入的各个天线体的反射系数曲线图；

图6为本发明的一种适用于多天线测试的转接装置所载入的各个天线体之间的隔离度曲线图；

图7为将天线体11载入本发明的一种适用于多天线测试的转接装置前后，天线体11的辐射方向图，其中，（a）为E面辐射方向图，（b）为H面辐射方向图；

图8为将天线体12载入本发明的一种适用于多天线测试的转接装置前后，天线体12的辐射方向图，其中，（a）为E面辐射方向图，（b）为H面辐射方向图；

图9为将天线体13载入本发明的一种适用于多天线测试的转接装置前后，天线体13的辐射方向图，其中，（a）为E面辐射方向图，（b）为H面辐射方向图；

其中，1-天线层，11-天线体11，12-天线体12，13-天线体13，2-第二介质层，3-第二金属地板，4-第一介质层，5-第一金属地板，51-第一微带线，52-第二微带线，53-第三微带线，54-镂空槽，55-金属柱，6-第一探针，7-第二探针，8-接头。

具体实施方式

本发明最关键的构思在于：增加金属地板的层数，将待测天线体与延伸的接地馈电网络（共面波导）分隔，形成互不影响的信号传输网络，保证在测试设备连接时，待测天线体自身的性能基本不受外接的转接装置影响。

为了进一步论述本发明构思的可行性，根据本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果的具体实施方式并配合附图详予说明。

实施例1

请参阅图1至图4，一种适用于多天线测试的转接装置，包括依次层叠的第一金属地板5、第一介质层4、第二金属地板3、第二介质层2和天线层1，还包括金属柱组、用于向所述天线层1所载入的天线体馈电的第一探针6和用于与接头8相接的第二探针7；所述第一金属地板5上设置有至少三个镂空槽54，所述镂空槽54内设置有梯度微带；所述梯度微带的宽度存在梯度变化，其一端与所述第一探针6相接，另一端与所述第二探针7相接；所述金属柱组的数目与所述镂空槽54的数目匹配；所述金属柱组中的金属柱55沿着镂空槽54的边依次排列；所述金属柱55一端与第一金属地板5连接，另一端与第二金属地板3连接。

镂空槽54边沿与梯度微带之间形成的梯度间隙，梯度间隙与梯度微带构成共面波导传输能量，而金属柱组起到防止能量在传输时从共面波导上向外泄漏的作用，第二金属地板3将梯度间隙与天线体进行阻隔，避免共面波导传输的能量与天线体辐射的能量相互干扰，达到便于测试而不增加天线体以外的干扰的目的。该设计结构简单、对天线性能影响小、加工工艺简单、成本低，能够在小的测试面积以及较低的费用前提下，实现测试多个天线性能，且测试难度低。

在上述结构基础上，中心工作频率波长为λ，相邻的两金属柱55之间的间距小于0.25λ时，能够保证能量在传输时从共面波导上基本不向外泄漏。

在上述结构基础上，所述第一金属地板5、第一介质层4、第二金属地板3和第二介质层2的俯视面均为边长大小一致的矩形；矩形的长边为1-2λ，宽边为1-2λ。

在上述结构基础上，所述梯度微带由依次连接的第一微带线51、第二微带线52和第三微带线53构成；所述第二微带线52的宽度小于第三微带线53的宽度，且大于第一微带线51的宽度，使对应形成梯度间隙；所述第一微带线51的远离第二微带线52端与所述第一探针6相接，所述第三微带线53的远离第二微带线52端与所述第二探针7相接；所述梯度微带的特征阻抗与接头8的特征阻抗匹配。梯度微带呈梯度式设计，实现从第一探针6到接头8的过渡，并能很好地实现阻抗匹配。

在上述结构基础上，所述第一微带线51、所述第二微带线52和所述第三微带线53位于同一直线方向上；所述梯度微带的边沿与所述镂空槽54的边沿之间均存在间隙，即梯度微带任一位置均不与镂空槽54边沿相接。

在上述结构基础上，沿着第一探针6指趋向第二探针7的方向，所述镂空槽54的宽度也随着所述梯度微带的宽度阶梯性地变宽；所述镂空槽54的宽度阶梯性突变位置位于第一微带线51与第二微带线52的相接点旁以及第二微带线52与第三微带线53的相接点旁；所述镂空槽54的与接头8相接端的边沿轮廓与接头8外轮廓匹配，另一端的边沿呈圆弧状或为直线（或为除圆弧、直线外的其他任意形状）。

在上述结构基础上，相邻两第一探针6之间的距离大于所述镂空槽54的长度，避免接入的天线体之间位置过于靠近而相互影响。

在上述结构基础上，所述接头8为同轴接头，其内导体与所述第二探针7相接，其外导体与所述镂空槽54的边沿相接；所述第二金属地板3上设置有方便第一探针6穿过的圆孔；圆孔的直径大于第一探针6的直径，且小于0.25λ；所述第一介质层4的厚度为0.1-1mm，介电常数为1-10；所述第二介质层2的厚度为0.1-0.5mm，介电常数为2-6。在保证馈电信号传至天线体的情况下尽可能减小共面波导所传输的能量对天线体造成干扰。

实施例2

请参阅图1以及图4，一种实施例1的适用于多天线测试的转接装置的使用方法，将待测天线体置于所述天线层1上，使第一探针6向所述天线体馈电；天线体的投影均落在所述第二介质层2上。由于本发明的适用于多天线测试的转接装置对待测天线体自身的性能基本不发生干扰，故在使用的时候，直接将待测天线体放入天线层1，使第一探针6向待测天线体馈电即可，操作简便。

在上述结构基础上，对于自身相互间隔离度较差的天线体，通过令天线体的辐射贴片中心偏离第一探针6位置的方法，使第二介质层2的同一边沿旁的相邻两天线体辐射贴片表面之间形成方向正交或相反的馈电电流，可减少天线体之间的信号干扰。

为了进一步说明本发明的有益效果，采用以下测试例进行测试：

测试例

采用实施例1结构的适用于多天线测试的转接装置，利用三片矩形辐射贴片作为三个天线体，按照实施例2的方法进行模拟测试。其中，适用于多天线测试的转接装置中设计了三个镂空槽54，三个镂空槽54的位置如图2所示，三个镂空槽54之间两两首尾相靠近地摆放，相邻的两个镂空槽54的长度方向之间相互垂直；天线体摆放时，每个辐射贴片的一边与第二介质层2的一边边沿呈45°，且第一探针6与辐射贴片的相接点偏离辐射贴片中心，并对各个辐射贴片分别标记为天线体11，天线体12，天线体13。馈电时，靠近同一第二介质板2边沿的两辐射贴片的表面电流方向相互垂直；在第二介质层2对角线位置附近的两辐射贴片，由于位置相隔较远，两辐射贴片的表面电流方向设置为同向。加工时，由于加工需要，第二介质层2由PP粘结胶和介质板构成，介质板通过PP粘结胶贴合在第二金属地板3上。此外，辐射贴片的边长为3mm；第一金属地板5、第一介质层4、第二金属地板3和第二介质层2的边长均为15mm；第一介质层4的厚度为0.508mm，介电常数为3.66；第二介质层2中PP粘结胶的厚度为0.101mm，介质板厚度为0.254mm，介质板的介电常数为3.54。所述第二金属地板3上设置有方便第一探针6穿过的圆孔；圆孔的直径大于第一探针6的直径，且小于1mm。所述镂空槽54的靠近第一探针6端的端部边沿呈圆弧状。

采用上述测试例结构的适用于多天线测试的转接装置转接后，测得的三个辐射贴片的反射系数如图5所示，天线体之间的隔离度如图6所示；采用上述测试例结构的适用于多天线测试的转接装置转接前后，天线体11的辐射方向图如图7（a）和图7（b）所示，天线体12的辐射方向图如图8（a）和图8（b）所示，天线体13的辐射方向图如图9（a）和图9（b）所示。

从图5中可以看出辐射贴片的工作频率在24GHz附近，-10dB带宽约为1.5GHz，说明了载入的天线体在该馈电方案下能实现良好的阻抗匹配。

从图6中可以看出，天线体11和天线体12的隔离度为23dB，天线体11和天线体13、天线体12和天线体13的隔离度更是达25dB以上，说明该天线测试布局的设计能实现高隔离的效果，完全符合实际应用中的需求。

从图7至图9中可以看出，载入馈电电路前后的3个天线体在24GHz谐振频点处的E面和H面辐射方向图均实现了很好的吻合，且3个天线体的增益均大于5 dBi，3 dB波束宽度远大于60°（-30°至30°），完全满足雷达传感器在实际应用中的需求，说明了本发明应用在小面积多天线的测试时，几乎不影响天线的辐射性能。

综上所述，本发明提供的一种适用于多天线测试的转接装置及其使用方法。所述的转接装置中，镂空槽边沿与梯度微带之间形成的梯度间隙，梯度间隙与梯度微带构成共面波导传输能量，而金属柱组起到防止能量在传输时从共面波导上向外泄漏的作用，第二金属地板将梯度间隙与天线体进行阻隔，避免共面波导传输的能量与天线体辐射的能量相互干扰，达到便于测试而不增加天线体以外的干扰的目的。该设计结构简单、对天线性能影响小、加工工艺简单、成本低，多个共面波导整合在一起用同一第二金属地板时即能够在小的测试面积以及较低的费用前提下，实现测试多个天线性能，且测试难度低。应用于测试时，直接将天线体接入第一探针处即可；载入的天线体在该馈电方案下能实现良好的阻抗匹配；能实现高隔离的效果，完全符合雷达传感器实际应用中的需求；几乎不影响天线的辐射性能。

此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种适用于多天线测试的转接装置，其特征在于，包括依次层叠的第一金属地板、第一介质层、第二金属地板、第二介质层和天线层，还包括金属柱组、用于向所述天线层载入的天线体馈电的第一探针和用于与接头相接的第二探针；所述第一金属地板上设置有镂空槽，所述镂空槽内设置有梯度微带；所述梯度微带的宽度存在梯度变化；所述梯度微带的一端与所述第一探针相接，另一端与所述第二探针相接；所述金属柱组中的金属柱沿着镂空槽的边依次排列；所述金属柱一端与第一金属地板连接，另一端与第二金属地板连接；所述接头固定在所述第一金属地板上；所述第一金属地板上设置有至少三个镂空槽，所述金属柱组的数目与所述镂空槽的数目匹配；中心工作频率波长为λ；所述第一金属地板、第一介质层、第二金属地板和第二介质层的俯视面均为边长大小一致的矩形；矩形的长边长度为1λ-2λ，宽边长度为1λ-2λ。

2.如权利要求1所述的适用于多天线测试的转接装置，其特征在于，相邻的两金属柱之间的间距小于0.25λ。

3.如权利要求1至2任一所述的适用于多天线测试的转接装置，其特征在于，所述梯度微带由依次连接的第一微带线、第二微带线和第三微带线构成；所述第二微带线的宽度小于第三微带线的宽度，且大于第一微带线的宽度；所述第一微带线的远离第二微带线端与所述第一探针相接，所述第三微带线的远离第二微带线端与所述第二探针相接；所述梯度微带的特征阻抗与接头的特征阻抗匹配。

4.如权利要求3所述的适用于多天线测试的转接装置，其特征在于，所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线位于同一直线方向上；所述梯度微带的边沿与所述镂空槽的边沿之间存在间隙；沿着第一探针指向第二探针的方向，所述镂空槽的宽度也随着所述梯度微带的宽度阶梯性地变宽；所述镂空槽的宽度阶梯性突变位置位于第一微带线与第二微带线的相接点旁以及第二微带线与第三微带线的相接点旁；所述镂空槽的与接头相接端的边沿轮廓与接头外轮廓匹配，所述镂空槽的靠近所述第一探针端的边沿呈圆弧状或为直线。

5.如权利要求4所述的适用于多天线测试的转接装置，其特征在于，相邻两第一探针之间的距离大于所述镂空槽的长度。

6.如权利要求5所述的适用于多天线测试的转接装置，其特征在于，所述接头为同轴接头，其内导体与所述第二探针相接，其外导体与所述镂空槽的边沿相接；所述第二金属地板上设置有方便第一探针穿过的圆孔；圆孔的直径大于第一探针的直径，且小于0.25λ；所述第一介质层的厚度为0.1mm-1mm，介电常数为1-10；所述第二介质层的厚度为0.1mm-0.5mm，介电常数为2-6。

7.一种根据权利要求5至6任一所述的适用于多天线测试的转接装置的使用方法，其特征在于，将待测天线体置于所述天线层上，使第一探针向所述天线体馈电；天线体的投影均落在所述第二介质层上。

8.如权利要求6所述的适用于多天线测试的转接装置的使用方法，其特征在于，通过令天线体的辐射贴片中心偏离第一探针位置，使第二介质层的同一侧位置上的相邻两天线体辐射贴片表面之间形成方向正交或相反的馈电电流。

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