CN114927856A - 一种适用于雷达感应的毫米波封装天线 - Google Patents

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CN114927856A CN202210638523.3A CN202210638523A CN114927856A CN 114927856 A CN114927856 A CN 114927856A CN 202210638523 A CN202210638523 A CN 202210638523A CN 114927856 A CN114927856 A CN 114927856A
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洪凯东
袁涛
陈哲
李津
刘毅
李昊展
王亚星
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Abstract

本发明公开了一种适用于雷达感应的毫米波封装天线，包括：顺次叠置的第一介质基板、第一金属地板、第二介质基板及第二金属地板；第一介质基板上侧设有天线层，第二金属地板设有缝隙以及多个短路金属柱，短路金属柱的两端分别连接第一金属地板和第二金属地板的共面波导传输线，第二介质基板靠近第二金属地板的一侧设有三组共面波导传输线；天线层包括一H形解耦结构及三个辐射贴片，H形解耦结构具有相对的两个开口，两个辐射贴片对应H形解耦结构的开口设置且均被H形解耦结构的开口部分包围，三个辐射贴片均工作在基模TM01模式下。本发明通过设置H形解耦结构，抑制表面波传播，增加辐射方向图的互补特性，提高两个辐射贴片之间的隔离度。

Description

一种适用于雷达感应的毫米波封装天线
技术领域
本发明涉及天线、电路与系统技术领域，尤其涉及一种适用于雷达感应的毫米波封装天线。
背景技术
随着第五代移动通信技术的快速发展，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通信系统和雷达传感器中。在传统的毫米波雷达传感器设计中，天线和芯片设置于同一平面上，芯片和电路之间的互连通过跳线或较长的平面传输线实现，这会增加通信系统前端模组的横向尺寸和链路射频损耗，系统集成度较低。
基于多层互联传输线的封装天线技术可以有效地解决这些技术问题。封装天线技术将芯片倒装在天线和互联电路背面，天线和电路通过多层传输线过渡互连，避免了跳线或较长的平面传输线的使用，可以有效减小毫米波频段的射频损耗，减小天线模组的横向尺寸。
但是，对于具有多个辐射单元的封装天线或阵列而言，电路板面积的减少会增大天线单元间的互耦，导致天线单元间的隔离度恶化，天线模组的抗干扰能力下降。为了实现精准定位的系统应用需求，发射天线和接收天线之间或任意两个天线辐射单元之间的隔离度往往要求大于20dB。因此，在有限空间内如何在不牺牲天线辐射性能的前提下提升天线单元之间的隔离度成为目前封装天线技术领域亟需解决的关键问题之一。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种适用于雷达感应的毫米波封装天线，为实现封装天线多个单元间的高隔离度和毫米波前端收发模组的紧凑集成提供一种可行的技术方案。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，包括：顺次叠置的第一介质基板、第一金属地板、第二介质基板及第二金属地板。所述第一介质基板上侧设有天线层，所述第二金属地板设有缝隙，以及围设于所述缝隙周围的多个短路金属柱，所述短路金属柱的两端分别连接所述第一金属地板及第二金属地板的共面波导传输线，所述第二介质基板靠近所述第二金属地板的一侧设有三组所述共面波导传输线。
其中，所述天线层包括与所述第一金属地板连接的一H形解耦结构，以及与三个所述共面波导传输线对应连接的三个辐射贴片，所述H形解耦结构具有相对的两个开口，两个所述辐射贴片对应所述H形解耦结构的开口对称设置且均被H形解耦结构的开口部分包围，三个所述辐射贴片均工作在基模TM01模式下。
其中，还包括用于从所述共面波导传输线向所述辐射贴片馈电的第一探针，所述第一探针的两端分别与所述天线层和所述共面波导传输线连接。
其中，相邻所述短路金属柱的间距小于与天线工作频率对应的波长的四分之一。
其中，还包括穿设于所述第一介质基板的多个沿所述H形解耦结构长度方向延伸的短路金属连接柱，所述短路金属连接柱的两端分别连接所述H形解耦结构与第一金属地板。
其中，所述缝隙包括顺次相连的三段阶梯形缝隙，并与三段顺次相连的阶梯形金属导带相适配，构成所述共面波导传输线。
其中，所述第一金属地板设有圆环形槽，所述圆环形槽围绕所述第一探针对称设置。
其中，还包括位于所述第一金属地板与第二介质基板之间的介质粘合层，所述介质粘合层用于粘合所述第一金属地板与第二介质基板。
其中，所述H形解耦结构包括两条短路金属长条带及连接所述两条短路金属长条带的短路金属短条带，所述短路金属长条带的电长度为天线工作频率对应的波长的0.4-0.6倍，所述短路金属短条带的电长度为天线工作频率对应的波长的0.3-0.5倍，所述H形解耦结构与相邻所述辐射贴片的间距为天线工作频率对应的波长的0.024-0.028倍。
本发明在所述两个辐射贴片间设置H形解耦结构，通过抑制表面波的传播，以及增加辐射方向图的互补特性，从而提高两个辐射贴片之间的隔离度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术方案，下面对实施例或现有技术方案中所使用的附图做简单介绍，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的俯视图；
图2为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的侧视图；
图3为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线中第一金属地板结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仰视图；
图5为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仿真的反射系数曲线图；
图6为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仿真的传输系数曲线图；
图7为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的第一辐射贴片在24GHz频点处的仿真的E面和H面副射方向图；
图8为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的第二辐射贴片在24GHz频点处的仿真的E面和H面辐射方向图；
图9为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的第三辐射贴片在24GHz频点处的仿真的E面和H面副射方向图；
图10为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仿真的辐射效率曲线图，其中天线1、2、3分别对应辐射贴片1a、1b及1c；
图11为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仿真的增益曲线图，其中天线1、2、3分别对应辐射贴片1a、1b及1c。
本发明的实现、功能特点及优势将结合实施例并参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行完整描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明中涉及的″第一″、″第二″等描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有″第一″、″第二″等特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
现对本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线进行说明。
在本发明提供的一个实施例中，请参照图1至图4，图1为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的俯视图，图2为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的侧视图，图3为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线中第一金属地板结构示意图，图4为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仰视图。适用于雷达感应的毫米波封装天线应用于无线收发模组中，该毫米波封装天线包括：顺次叠置的第一介质基板2、第一金属地板5a、第二介质基板4及第二金属地板5b。所述第一介质基板2上侧设置有天线层，所述第二金属地板5b设有缝隙，以及围设于所述缝隙周围的多个短路金属柱3d，所述短路金属柱3d的两端分别与所述第一金属地板5a和第二金属地板5b的共面波导传输线6连接，所述第二介质基板4靠近所述第二金属地板5b的一侧设有三组所述共面波导传输线6。所述天线层包括与所述第一金属地板5a连接的H形解耦结构1d，以及与三组共面波导传输线6对应连接的三个辐射贴片(1a，1b，1c)，所述H形解耦结构1d具有相对的两个开口，两个所述辐射贴片(1a，1b)对应所述H形解耦结构1d的开口对称设置且均被H形解耦结构1d的开口部分包围，三个所述辐射贴片(1a，1b，1c)均工作在基模TM01模式下，其中，第一辐射贴片1a和第二辐射贴片1b用于接收信号，第三辐射贴片1c用于发射信号。H形解耦结构1d设置在所述两个辐射贴片(1a，1b)间，可以抑制表面波的传播，增加辐射方向图的互补特性，达到提高两个辐射贴片(1a，1b)之间的隔离度的目的。第一介质基板2和第一金属地板5a属于一层印制电路板，第二介质基板4和第二金属地板5b属于另外一层印制电路板。设置多个短路金属柱3d使得共面波导传输线6的地板(第二金属地板5b)与第一金属地板5a共地连接，进一步地将电磁能量约束在共面波导传输线6上传输，防止电磁能量在地板间传输而泄露，相邻短路金属柱3d的间距小于天线工作频率对应的波长的四分之一。
该毫米波封装天线还包括从所述共面波导传输线6向所述辐射贴片(1a，1b，1c)馈电的第一探针(2a，2b，2c)；所述第一探针(2a，2b，2c)依次穿设所述第一介质基板2、第一金属地板5a和第二介质基板4，且所述第一探针(2a，2b，2c)的两端分别与所述辐射贴片(1a，1b，1c)和所述共面波导传输线6连接。
该毫米波封装天线还包括穿设于所述第一介质基板2的多个沿所述H形解耦结构1d长度方向延伸的短路金属连接柱2d，短路金属连接柱2d的两端分别连接H形解耦结构1d与第一金属地板5a。
第二金属地板5b上设有顺次相连的三段阶梯形缝隙，并与三段顺次相连的阶梯形金属导带相适配，构成所述共面波导传输线6。共面波导传输线6呈阶梯形，实现了从第一探针(2a，2b，2c)到共面波导传输线6馈电端口的宽带过渡。
进一步地，第一金属地板5a上设有三个圆环形槽，使第一探针(2a，2b，2c)能够穿过第一金属地板5a实现互连，圆环形槽围绕所述第一探针(2a，2b，2c)对称设置，圆环形槽的外半径大于第一探针(2a，2b，2c)的半径。
该毫米波封装天线还包括位于所述第一金属地板5a与第二介质基板4之间的介质粘合层3，所述介质粘合层3用于粘合所述第一金属地板5a与第二介质基板4。
该毫米波封装天线的H形解耦结构1d包括两条短路金属长条带及连接两条短路金属长条带的短路金属短条带，短路金属长条带的电长度为天线工作频率对应的波长的0.4-0.6倍，短路金属短条带的电长度为天线工作频率对应的波长的0.3-0.5倍。H形解耦结构1d与相邻辐射贴片(1a，1b)的间距为天线工作频率对应的波长的0.024-0.028倍。
请参照图5，图5为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仿真的反射系数曲线图。由图5可见，三个辐射贴片(1a，1b，1c)的工作频率为24GHz，-10-dB带宽约为1GHz，图5表明天线在该馈电方案下能实现良好的阻抗匹配。
请参照图6，图6为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仿真的传输系数曲线图。由图6可见，加入H形解耦结构1d之后，第一辐射贴片1a和第三辐射贴片1c、第二辐射贴片1b和第三辐射贴片1c的端口隔离度均大于20dB，表明该天线布局能实现高隔离性能，完全符合实际应用需求。
请参照图7至图11，图7为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的第一辐射贴片在24GHz频点处的仿真的E面和H面辐射方向图，图8为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的第二辐射贴片在24GHz频点处的仿真的E面和H面辐射方向图，图9为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的第三辐射贴片在24GHz频点处的仿真的E面和H面辐射方向图，图10为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仿真的辐射效率曲线图，其中天线1、2、3分别对应辐射贴片1a、1b及1c，图11为本发明实施例提供的一种适用于雷达感应的毫米波封装天线的仿真的增益曲线图，其中天线1、2、3分别对应辐射贴片1a、1b及1c。由图可见，在24GHz处，三个辐射贴片(1a，1b，1c)仿真的增益均大于5dBi，3-dB波束宽度大于60°，仿真的天线辐射效率在86％以上，在工作频段内，三个辐射贴片(1a，1b，1c)仿真的增益均优于4.25dBi，满足雷达传感器的实际应用需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围。凡在本发明的技术方案构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或将技术方案直接/间接运用在其它相关技术领域中，均包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，包括：顺次叠置的第一介质基板、第一金属地板、第二介质基板及第二金属地板。所述第一介质基板上侧设有天线层，所述第二金属地板设有缝隙，以及围设于所述缝隙周围的多个短路金属柱，所述短路金属柱的两端分别连接所述第一金属地板及第二金属地板的共面波导传输线，所述第二介质基板靠近所述第二金属地板的一侧设有三组所述共面波导传输线。
其中，所述天线层包括与所述第一金属地板连接的一H形解耦结构，以及与三组所述共面波导传输线对应连接的三个辐射贴片，所述H形解耦结构具有相对的两个开口，两个所述辐射贴片对应所述H形解耦结构的开口对称设置且均被H形解耦结构的开口部分包围，三个所述辐射贴片均工作在基模TM01模式下。
2.如权利要求1所述的适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，还包括用于从所述共面波导传输线向所述辐射贴片馈电的第一探针，所述第一探针的两端分别与所述天线层和所述共面波导传输线连接。
3.如权利要求1所述的适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，相邻所述短路金属柱的间距小于与天线工作频率对应的波长的四分之一。
4.如权利要求1所述的适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，还包括穿设于所述第一介质基板的多个沿所述H形解耦结构长度方向延伸的短路金属连接柱，所述短路金属连接柱的两端分别连接所述H形解耦结构与第一金属地板。
5.如权利要求1所述的适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，所述缝隙包括顺次相连的三段阶梯形缝隙，并与三段顺次相连的阶梯形金属导带相适配，构成所述共面波导传输线。
6.如权利要求2所述的适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，所述第一金属地板设有圆环形槽，所述圆环形槽围绕所述第一探针对称设置。
7.如权利要求1所述的适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，还包括位于所述第一金属地板与第二介质基板之间的介质粘合层，所述介质粘合层用于粘合所述第一金属地板与第二介质基板。
8.如权利要求1所述的适用于雷达感应的毫米波封装天线，其特征在于，所述H形解耦结构包括两条短路金属长条带及连接所述两条短路金属长条带的短路金属短条带，所述短路金属长条带的电长度为天线工作频率对应的波长的0.4-0.6倍，所述短路金属短条带的电长度为天线工作频率对应的波长的0.3-0.5倍，所述H形解耦结构与相邻所述辐射贴片的间距为天线工作频率对应的波长的0.024-0.028倍。
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