CN115441165A - 带状线馈电结构、毫米波天线以及人体安检系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带状线馈电结构、毫米波天线以及人体安检系统。该带状线馈电结构具有多层集成电路，所述多层集成电路包括：第一金属层，设置有与天线的波导部的底部形状一致的第一开口，并在所述第一开口内设置第一金属贴片；第二金属层，作为接地层；以及馈线层，设置于所述第一金属层与所述第二金属层之间，设置有带状线，在所述带状线的末端设置有金属的异形结构，所述异形结构与所述第一金属贴片分别以所述带状线的延伸方向为对称轴而轴对称，在上下方向上层叠设置，在所述第一金属层、所述馈线层以及第二金属层的各层之间设有介质基板或者半固化片，围绕所述开口以及所述带状线形成有贯通的屏蔽接地通孔。

Description

带状线馈电结构、毫米波天线以及人体安检系统

技术领域

本发明涉及天线，特别涉及毫米波天线单元。

背景技术

在现有的毫米波天线单元中，涉及微带线结构的毫米波天线。该结构的天线需要在介质基板下方和接地层之间形成空气层，这会增加金属底座的机械加工复杂度。另外，由于需要在介质基板下方和接地层之间形成空气层，因此现有技术只适合单层介质基板的情况，不适合在多层集成设计中使用。对于多层集成电路来说，辐射层底部要有空气腔，不仅意味着底层介质板要开槽，还要在多层板压合过程中还要保持腔体不发生形变，这基本是不可能实现的。再者，微带天线的介质基板和金属底座空气层需要组装使用，依靠机械定位孔手工安装，组装公差对天线性能影响显著。另外，微带线结构的毫米波天线，空气层尺寸和天线的工作波长相关，当系统工作频率提高、波长变短之后，空气层的尺寸也对应减小，金属底座的机械加工难度增大。另外，微带线结构的毫米波天线采用50欧姆微带线边馈方式，边馈将导致天线的方向性和工作频率密切相关。对于一个宽带系统来说，这会造成天线工作带宽内的方向图不一致。

另外，在现有技术中，在天线与喇叭的能量传递中，还有采用缝隙耦合方式来实现的。在该方式中，需要缝隙的尺寸和工作波长呈正比关系，天线性能对缝隙尺寸非常敏感，对缝隙尺寸的加工要求非常严格，加工难度大。

再者，在现有技术中，还有采用利用探针耦合来实现能量耦合的方式。但是，在利用探针耦合的方式中，对介质基板的厚度要求很严格，并且无法实现较大带宽。

发明内容

本发明提供了一种带状线馈电结构以及使用其的天线，至少解决的上述至少一个问题。

本发明涉及的一个方式是一种带状线馈电结构，用于天线，具有作为带状线馈电单元的多层集成电路，所述多层集成电路包括：第一金属层，设置有与天线的波导部的底部形状一致的第一开口，并在所述第一开口内设置第一金属贴片；第二金属层，作为接地层；以及馈线层，设置于所述第一金属层与所述第二金属层之间，设置有带状线，在所述带状线的末端设置有金属的异形结构，所述异形结构与所述第一金属贴片分别以所述带状线的延伸方向为对称轴而轴对称，在上下方向上层叠设置，在所述第一金属层、所述馈线层以及第二金属层的各层之间设有介质基板或者半固化片，围绕所述开口以及所述带状线形成有贯通的屏蔽接地通孔。

根据上述的带状线馈电结构，其中，所述开口为矩形开口，所述第一金属贴片为矩形形状。

根据上述的带状线馈电结构，其中，所述异形结构为E字型。

根据上述的带状线馈电结构，其中，所述E字型的结构所构成的矩形的对角线交点与所述第一金属贴片的对角线交点在垂直于层叠方向的方向上重合。

根据上述的带状线馈电结构，其中，所述异形结构为干字型或王字型。

根据上述的带状线馈电结构，其中，还包括所述第三金属层，设置于所述第一金属层与所述馈线层之间，并间隔有介质基板或者半固化片而分别与所述第一金属层与所述馈线层邻接，所述第三金属层设置有与所述第一开口对应的所述第二开口部，并设置有与所述第一金属贴片对应的第二金属贴片。

本发明涉及一种毫米波天线，包括上述的带状线馈电结构；以及波导喇叭阵列，其具有多个包括所述波导部和喇叭部的波导喇叭部件，所述波导部设置于所述开口的位置。

本发明还涉及人体安检系统，其中包含上述的毫米波天线。根据本发明的带状线馈电结构及使用其的天线，具有工作带宽大、辐射方向性稳定、便于使用集成电路工艺制作、易于与系统集成等至少一种优点。

附图说明

图1是本发明实施例涉及的波导喇叭阵列的俯视图；

图2是本发明实施例涉及的波导喇叭阵列的侧视图；

图3是本发明实施例涉及的带状线馈电结构的示意图；

图4是本发明实施例涉及的带状线馈电结构的顶层的开口示意图；

图5是本发明实施例涉及的带状线馈电结构的馈线层的示意图；

图6是本发明实施例涉及的带状线馈电结构的底层的示意图；

图7是本发明实施例涉及的设置有屏蔽接地通孔的带状线馈电结构的俯视图；

图8是本发明实施例涉及的带状线馈电结构的另一例示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

本发明的实施例涉及一种阵列天线，能够适合于集成电路。天线包括波导喇叭阵列和多层集成电路构成的带状线馈电结构。

图1是本发明实施例涉及的波导喇叭阵列的俯视图；图2是本发明实施例涉及的波导喇叭阵列的侧视图。本发明实施例涉及的波导喇叭阵列部分通过对金属机械加工制作而成，具有多个波导喇叭部。该波导喇叭部包括波导部1和喇叭部2。如图1和2所示，波导喇叭部通过金属加工而形成。波导部1为立方体形状，具有矩形底面。喇叭部2为上宽下窄的喇叭形状。波导喇叭阵列上的销钉柱(图中未示出)和带状线馈电结构上制作的销钉孔(图中未示出)对齐，而组合在一起形成天线。

可选地，这里示出了波导喇叭阵列为矩形波导渐变为矩形喇叭的结构，但此种过渡形式并不唯一，可以修改成矩形波导渐变为圆锥喇叭、圆波导渐变为矩形喇叭、圆波导渐变为圆锥喇叭等形式的组合。

图3示出多层集成电路的一例结构示意图。多层集成电路构成带状线馈电结构。如图所示，多层集成电路20包括：第一层电路21、馈电层23以及第二层电路25，并且在各层之间分别设置有介质基板22和介质基板24。这里的介质基板也可以设为半固化片。

图4是图3所示的带状线馈电结构的顶层的开口示意图。在图4中，示出了图3的第一层电路21的开口示意图。作为带状线馈电结构的顶层，制作一个矩形开口211。在矩形开口211内，作为辐射贴片而设置有一个矩形的金属制的贴片212。矩形开口211的尺寸与波导喇叭阵列的矩形波导尺寸一致。波导喇叭阵列中的波导部1设置于所述矩形开口211的位置

可选地，在上述实施例中，带状线馈电结构的顶层制作了矩形开口，并在开口内制作矩形贴片。但是，此处的开口形状和贴片形状并不唯一，与波导的形状相对应来设置开口形状，例如开口也可以变更为圆形、梯形或纺锤型。

可选地，在上述实施例中，仅在带状线馈电结构的顶层的开口内制作了一个辐射贴片。但辐射贴片的数量和位置并不唯一，可以在顶层的开口内制作多个辐射贴片，也可以在其它层的对应位置布置辐射贴片。

图5是图3所示的带状线馈电结构的馈电层的平面示意图。带状线的馈线层23具有带状线231，该带状线231的末端在与矩形开口对应处设计成金属制的E字型结构232。该E字型结构232与上述贴片212以带状线231的延伸方向为对称轴而轴对称。另外，上述E字型结构232与上述贴片212在上下方向上层叠设置，E字型结构232所构成的矩形的对角线中心与贴片212对角线中心在垂直于层叠方向的方向上重合。这里，上述E字型结构232与上述贴片212的长度和宽度并不限于完全重合，而是可以根据需要设置。通过设计成E字型结构232与贴片212协同动作，来确定天线的谐振频率和工作带宽。通过该简单的结构，能够拓展带宽，并且在制作中比较容易实现。

另外，如图5所示，在两侧制作屏蔽接地通孔230。屏蔽接地通孔230沿着矩形开口211的边缘设置，并沿着带状线231两侧设置。该屏蔽接地通孔230可限制电磁波横向扩散，实现高效的谐振耦合和电磁波辐射。

可选地，如图5所示，带状线馈电层在对应矩形开口处设计成E字型结构，该E字的中间横线与带状线电连接。但是此结构形式并不唯一，可以变更为任何旨在拓展带宽的异形结构。例如异形结构作为带状线的末端结构，可以设为干字型，如干字型的竖笔与带状线电连接；或者可以设为王字型，王的竖笔或者中间的横笔与带状线电连接。

可选地，如图5所示，带状线馈电层是单端形式，但可以按需求设计成相应的差分形式。

图6是图3所示的带状线馈电结构的底层的平面示意图。图3中的第二层电路25为底层，是完整的接地层。

可选地，在上述实施例中，带状线馈电结构的底层为完整的接地层，但并不限于此，底层可以按需求设计成相应的缺陷结构。

另外，可选地，在上述的实施例中，带状线馈电结构的顶层为第一层，馈线层为第二层，底层为第三层。但此种分层形式并不唯一，只要馈线层位于上地层和下地层的中间，均可构成带状线馈电结构。

图7是本发明实施例涉及的设置有屏蔽接地通孔的带状线馈电结构的俯视图。即，在带状线的馈线层23中，屏蔽接地通孔230自上向下，贯穿各层形成。

图8是本发明实施例涉及的带状线馈电结构的另一例示意图。在带状线馈电结构的顶层、即第一层电路31制作一个矩形开口，在开口内制作一个矩形贴片，矩形开口尺寸和波导喇叭阵列的矩形波导尺寸一致。第二层电路33可以设置为空层，也可以在第二层电路22的与金属贴片212对应的位置设置矩形金属贴片，上下两层金属贴片分别为轴对称结构，且上下两层矩形金属贴片的对角线交点在垂直于层叠方向的方向上也重合。第一层电路31与第二层电路33之间设置介质基板32。第三层电路35为带状线馈电结构的馈线层，设置有带状线，带状线的末端在对应矩形开口处设计成金属制的E字型结构，用于扩大天线带宽。第二层电路33与第三层电路35之间设置半固化34。带状线馈电结构的底层、即第四层电路37是接地层。在围绕带状线馈电结构的矩形开口制作有屏蔽接地通孔，并且，在延伸部的两侧贯穿带状线馈电结构而具有屏蔽接地通孔。在本实施例中，设置了两层金属贴片，由此能够增加谐振点。但也可以设置多层金属贴片，由此实现多个谐振点。

通过上述，天线的带状线馈电结构部分仅由介质基板、半固化片和电路图形构成，结构简单，适合采用集成电路工艺制作，简化了组装工序。另外，天线的带状线馈电结构可以和系统的射频模块集成在同一块电路上，无需制作成单独的模块，提高了系统的集成度。天线的带状线馈电结构的性能由金属层的图案加工精度决定，集成电路工艺的精度足以保证天线的成品率和性能的可靠性。

另外，根据本发明，天线的工作频率和带宽与各层介质基板的厚度关联性小，对介质基板的厚度不敏感，介质基板的选择更加灵活。

另外，根据本发明，天线的带状线馈电结构的叠层层数少，最少仅需三层即可实现。天线的带状线馈电结构的能量是由馈电层的“E”字型结构底馈至贴片，避免了边馈方式所带来的宽带信号辐射方向性不一致问题。

另外，根据本发明的天线VSWR(驻波比)小于2的相对带宽达到25％。

根据本发明所涉及的毫米波天线，能够用于人体安检设备中。

以上，虽然结合附图描述了本发明的实施方式和具体实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的构思和范围的情况下做出各种修改和变形，这样的修改和变形均落入由所述权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种带状线馈电结构，用于天线，其特征在于，

具有多层集成电路，

所述多层集成电路包括：

第一金属层，设置有与所述天线的波导部的底部形状一致的第一开口，并在所述第一开口内设置第一金属贴片；

第二金属层，作为接地层；以及

馈线层，设置于所述第一金属层与所述第二金属层之间，设置有带状线，在所述带状线的末端设置有金属制的异形结构，所述异形结构与所述第一金属贴片分别以所述带状线的延伸方向为对称轴而轴对称，在上下方向上层叠设置，

在所述第一金属层、所述馈线层以及第二金属层的各层之间设有介质基板或者半固化片，

围绕所述开口以及所述带状线形成有贯通的屏蔽接地通孔。

2.如权利要求1所述的带状线馈电结构，其中，

所述开口为矩形开口，所述第一金属贴片为矩形形状。

3.如权利要求1或2所述的带状线馈电结构，其中，

所述异形结构为E字型。

4.如权利要求3所述的带状线馈电结构，其中，

所述E字型的结构所构成的矩形的对角线交点与所述第一金属贴片的对角线交点在垂直于层叠方向的方向上重合。

5.如权利要求1或2所述的带状线馈电结构，其中，

所述异形结构为干字型或王字型。

6.如权利要求1所述的带状线馈电结构，其中，

还包括所述第三金属层，设置于所述第一金属层与所述馈线层之间，并间隔有介质基板或者半固化片而分别与所述第一金属层与所述馈线层邻接，

所述第三金属层设置有与所述第一开口对应的所述第二开口部，并设置有与所述第一金属贴片对应的第二金属贴片。

7.一种毫米波天线，其中，包括：

权利要求1至6中任一项所述的带状线馈电结构；以及

波导喇叭阵列，其具有多个包括所述波导部和喇叭部的波导喇叭部件，

所述波导部设置于所述开口的位置。

8.一种人体安检系统，其中，

包含权利要求7所述的毫米波天线。

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