CN113851857B - 一种w波段片上八木天线倒装过渡结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种W波段片上八木天线倒装过渡结构，属于微波器件技术领域。本发明通过片上八木天线倒装过渡结构进行芯片与波导的能量转换，避免了使用E面探针和H面探针需要弯折的缺陷，使体积得到缩小；同时使用八木天线倒装过渡的结构，在宽频带内实现了输出微带和芯片的阻抗匹配，采用导电胶进行连接，相比金丝互连技术，具有一致性好、寄生效应小、损耗低的优点。

Description

一种W波段片上八木天线倒装过渡结构
技术领域
本发明属于微波器件技术领域，具体涉及一种W波段片上八木天线倒装过渡结构。
背景技术
微波一般是指频率在300MHz～3000GHz范围内的电磁波，W频段刚好处于电磁频谱当中的频谱间隙，是毫米波的高频波段，它与红外线区域有重叠，又可以借鉴光子学领域的研究方法，进而使得其在物体成像、环境监测、射电天文、宽带移动通讯、尤其是在卫星通讯和军用雷达等军事领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。
由于W波段频率较高，对环境尺寸极为敏感，因此降低高频毫米波在传输过程中产生的损耗是及其重要的。而毫米波芯片为平面传输结构，其封装形式一般为波导封装，因此需要实现波导和芯片的能量转换，即进行芯片与波导之间的能量过渡研究。目前金丝键合是最为常见的封装形式，使用金丝将波导-微带过渡结构和芯片进行互连，但是金丝所带来的寄生效应较为严重，同时由于其在不同频率的阻抗和芯片相差较大，往往带来较大的额外损耗，一致性不好。
目前在W频段乃至太赫兹频段常用的方法为使用E面或者H面探针通过金丝键合的方式将微带和芯片进行连接，这样虽然在装配时较为简单，但是由于金丝的寄生效应太大，导致阻抗失配程度较高，所以最终在通带内损耗很大。即使采用片上天线过渡的形式，最终也是难以避免跳金丝所带来的的阻抗失配。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种结构简单、一致性好、损耗低的片上八木天线倒装过渡结构。本发明通过片上八木天线倒装过渡结构进行芯片与波导的能量转换，避免了使用E面探针和H面探针需要弯折的缺陷，使体积得到缩小；同时使用倒装过渡的结构，在宽频带内实现了输出微带和芯片的阻抗匹配，采用导电胶进行连接，相比金丝互连技术，具有一致性好、寄生效应小、损耗低的优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种W波段片上八木天线倒装过渡结构，其特征在于，该过渡结构包括标准矩形输入波导、波导减宽过渡结构、减宽矩形波导、八木天线。
其中，所述标准矩形输入波导、波导减宽过渡结构、减宽矩形波导依次连接，所述减宽矩形波导的窄边小于标准矩形输入波导的窄边。
所述减宽矩形波导的E面两壁对称设置有用于放置八木天线的矩形承载凹槽。
所述八木天线通过矩形承载凹槽支撑并固定；所述八木天线包括矩形介质基板、设置于矩形介质基板下表面的多级引向阵子、激励阵子、50Ω输出微带；
其特征在于，所述多级引向阵子包括至少3条沿轴向依次排列且相互平行的矩形金属贴片；所述激励阵子为平行于多级引向阵子的矩形金属贴片，且激励阵子中部通过缝隙将其分隔为长矩形金属贴片和短矩形金属贴片，其中长矩形金属片的一端与50Ω输出微带的一端相连构成L形结构；所述50Ω输出微带的另一端通过导电胶连接芯片的输入端，且50Ω输出微带的轴向中心线与矩形介质基板轴向的中心线重合。
进一步地，所述矩形承载凹槽的高度大于两倍矩形介质基板的厚度，使得八木天线正上方为空腔，提高装配容错率。
进一步地，所述矩形承载凹槽正下方挖有减宽矩形槽，减宽矩形槽用于使设置于八木天线下表面的多级引向阵子和激励阵子与波导壁之间不接触。
进一步地，所述减宽矩形波导的输出端E面两壁对称挖空有矩形腔枝节，所述矩形腔枝节位于八木天线的上方、且和矩形承载凹槽连通呈L形；矩形腔枝节用于避免波导腔内产生谐振，同时拓展工作带宽。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用的片上八木天线具有较强的方向性，增加了能量耦合面积，提高了能量耦合效率进而降低过渡结构的插入损耗；将片上八木天线最大辐射方向对齐波导输入端方向，以最大程度提高过渡结构带宽，在宽频带内实现良好的匹配效果进而优化回波损耗。
2.本发明采用片上八木天线倒装过渡结构进行芯片与波导的能量转换，通过导电胶将输出微带和芯片输入pad连接来提高装配容错率，减小寄生效应，实现芯片全带宽内的良好匹配效果，进一步降低了损耗。
3.本发明可应用于毫米波芯片封装领域，具有体积小、损耗低、结构简单、一致性好等优点，在毫米波及太赫兹频段放大器、混频器、倍频器、检波器等功能电路的设计中具有很好的实用价值。
附图说明
图1是本发明实施例中W波段片上八木天线倒装过渡结构的示意图。
图2是本发明实施例中W波段片上八木天线倒装过渡结构的侧视图。
图3是本发明实施例中W波段片上八木天线倒装过渡结构的减宽矩形波导部分的腔体结构示意图。
图4是本发明八木天线结构示意图。
附图标号说明：1.WR-10标准矩形输入波导，2.波导减宽过渡结构，3.矩形承载凹槽，4.50Ω输出微带，5.矩形腔枝节，6.芯片50Ω模拟输入，7.芯片衬底，8.导电胶，9.激励阵子，10.引向阵子，11.Rogers RT/duroid 5880基板，12.减宽矩形波导，13.减宽矩形槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示，本实施例的W波段片上八木天线倒装过渡结构，包括WR-10标准矩形输入波导、波导减宽过渡结构、减宽矩形波导、承载槽、八木天线。
其中，所述WR-10标准矩形输入波导、波导减宽过渡结构、减宽矩形波导依次连接。
所述减宽波导的E面两壁对称设置有用于放置八木天线的矩形承载凹槽；矩形承载凹槽正下方挖有减宽矩形槽，用于使设置于八木天线下表面的多级引向阵子和激励阵子与波导壁之间不接触；减宽波导的输出端E面两壁对称挖空有矩形腔枝节，矩形腔枝节位于八木天线的上方、且和矩形承载凹槽连通呈L形。
所述八木天线通过矩形承载凹槽支撑并固定；所述八木天线包括矩形介质基板、设置于基板下表面的多级引向阵子、激励阵子、50Ω输出微带；其中介质基板采用厚度为0.127的mmRogers RT/duroid 5880基板；多级引向阵子为4条沿轴向长度依次递减且相互平行的矩形金属贴片，其长度分别为1.1mm、1mm、0.9mm、0.8mm，线宽均为0.06mm；激励阵子为平行于多级引向阵子线宽为0.12mm的矩形金属贴片，且激励阵子中部通过缝隙将其分隔为长为0.7mm的长矩形金属贴片和长为0.6mm的短矩形金属贴片，其中长矩形金属片的一端与50Ω输出微带的一端相连构成L形结构；所述50Ω输出微带的另一端通过导电胶连接芯片的输入端，且50Ω输出微带的轴向中心线与矩形基板轴向的中心线重合。
本实施例中的模拟芯片包括芯片衬底以及设置于芯片衬底上表面的芯片50Ω模拟输入，模拟芯片上方设置有便于装配的空腔。
本实施例中具体尺寸如下表所示：
结构序号 结构名称 结构特征
1 WR-10标准矩形输入波导 X：2.54mm，Y：1.27mm
2 波导减宽过渡结构 Z：0.235mm
3 矩形承载凹槽 X：0.77mm，Y：0.6mm，Z：1.76mm
4 50Ω输出微带 Z：0.5mm，Y：0.12mm
5 矩形腔枝节 X：0.8mm，Z：0.3mm
7 芯片衬底 Z：1.2mm，Y：0.8mm
11 Rogers RT/duroid 5880基板 Z、Y：2mm
12 减宽矩形波导 Z：2.26mm，Y：0.8mm
13 减宽矩形槽 Z：2.06mm，Y：0.4mm，X：0.127mm
本领域的技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种W波段片上八木天线倒装过渡结构，该过渡结构包括标准矩形输入波导、波导减宽过渡结构、减宽矩形波导、八木天线；
其中，所述标准矩形输入波导、波导减宽过渡结构、减宽矩形波导依次连接，所述减宽矩形波导的窄边小于标准矩形输入波导的窄边；
所述减宽矩形波导的E面两壁对称设置有用于放置八木天线的矩形承载凹槽；
所述八木天线通过矩形承载凹槽支撑并固定；
其特征在于，所述八木天线包括矩形介质基板、设置于矩形介质基板下表面的多级引向阵子、激励阵子、50Ω输出微带；所述多级引向阵子包括至少3条沿轴向依次排列且相互平行的矩形金属贴片；所述激励阵子为平行于多级引向阵子的矩形金属贴片，且激励阵子中部通过缝隙将其分隔为长矩形金属贴片和短矩形金属贴片，其中长矩形金属片的一端与50Ω输出微带的一端相连构成L形结构；所述50Ω输出微带的另一端通过导电胶连接芯片的输入端，且50Ω输出微带的轴向中心线与矩形介质基板轴向的中心线重合。
2.如权利要求1所述的一种W波段片上八木天线倒装过渡结构，其特征在于，所述矩形承载凹槽的高度大于两倍矩形介质基板的厚度，使得八木天线正上方为空腔，提高装配容错率。
3.如权利要求1或2所述的一种W波段片上八木天线倒装过渡结构，其特征在于，所述矩形承载凹槽正下方挖有减宽矩形槽，减宽矩形槽用于使设置于八木天线下表面的多级引向阵子和激励阵子与波导壁之间不接触。
4.如权利要求1或2所述的一种W波段片上八木天线倒装过渡结构，其特征在于，所述减宽矩形波导的输出端E面两壁对称挖空有矩形腔枝节，所述矩形腔枝节位于八木天线的上方、且和矩形承载凹槽连通呈L形。
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