【具体实施方式】
[0019]下面结合附图进一步阐述本发明的实质性特点和显著的进步，但本发明决非仅局限于实施例。
[0020]本发明的实施方式涉及一种应用于毫米波天线的垂直耦合馈电结构，如图1所示，所提供的垂直馈电结构包括微带贴片天线1、底层介质基片衬底2、衬底挖腔结构3、带有缝隙的接地板4、顶层介质基片衬底5、共面波导转微带馈线6。
[0021]如图1所示，采用半导体工艺，将微带贴片天线I采用溅射-光刻-电镀-腐蚀的工艺步骤，制作在底层介质基片衬底的下表面。将共面波导转微带馈线6和带有缝隙的接地板4，采用相同工艺制作在顶层介质基板衬底5的上、下两个表面。
[0022]图3中，衬底挖腔结构3指对微带贴片天线的底层介质基片衬底上表面采用等离子干法刻蚀方法，进行挖腔处理，通过控制刻蚀的功率大小和时间来控制空腔的深度。进而改变天线介质基片衬底的介电常数。
[0023]采用半导体键合工艺，将上下两层介质基片衬底上下键合在一起。带有缝隙的接地板4位于中间层，微带贴片天线及共面波导转微带馈线分别位于双层介质基片衬底的底层与顶层。共面波导转微带馈线通过接地板上缝隙的口径来对微带贴片天线进行馈电。
[0024]图1所示，上下两层介质基片衬底材料均为硅基衬底，顶层介质基片衬底5厚度为50?150 μ m，底层介质基片衬底2厚度为150?250 μ m，所有的表面金属均为导电性能良好的金，镀金层的厚度为I?5 μπι。优先推荐的顶层衬底厚度为100 μπι，底层为200 μπι，镀金层厚度为3 μπι。
[0025]如图2(a)所示，垂直耦合馈电结构是采用CPW与微带线转换过渡结构，通过调节微带枝节的尺寸，来获得天线的最佳谐振频率点。A和B的一个代表性尺寸为800 umX800 Um0
[0026]如图2(b)所示，两层基板之间的缝隙口径⑷为H型，通过调整H缝隙口径的缝隙宽带W、拐角L尺寸及缝隙中间臂的长度D可调节馈线与天线之间耦合信号的大小。例如W = 50ym, C = 250 μπι, D = 500 μ m，Lst = 250 μ m，可获得较宽的天线工作带宽。
[0027]从上面的描述可见本发明利用共面波导转微带馈电，采用带有缝隙的接地板上“H”型结构的缝隙耦合对微带贴片天线进行馈电，并对天线介质基片进行挖腔处理的方法，即提高了微带贴片天线的辐射效率，又增加了天线的工作带宽。应用于微带天线与芯片层叠封装的结构，避免采用小孔耦合馈电而产生的高电感值，以及匹配困难的问题。该馈电结构具有较宽的工作带宽，易实现馈源与天线之间的匹配。
[0028]由此可见，本发明的特征在于:
[0029]①所述的缝隙耦合是指带有缝隙的接地板上为“H”型结构，通过调整H倒角尺寸及缝隙臂间距，调节馈线与天线间耦合信号的大小，以获得较宽的天线工作带宽。
[0030]②衬底挖腔衬底是指微带贴片天线的底层介质衬底上采用等离子干法刻蚀方法，进行挖腔；通过控制刻蚀的功率大小和时间，控制空腔的深度，以调节天线介质基片衬底的介电常数。
[0031]③共面波导转微带是指采用CPW与微带转换过渡结构，通过调节微带长度调节天线的谐振频率。
[0032]本发明优点是无焊点、无寄生辐射、可获得均匀的辐射方向图，克服了传统单一馈电方式带来的微带贴片天线性能的不利影响以及设计上的局限性，对于多层阵列中的层间连接问题，是一种及其有效的解决方法。
【主权项】
1.一种应用于毫米波微带天线的垂直耦合结构，包括微带贴片天线(I)、底层介质基片衬底(2)、衬底挖腔结构(3)、带有缝隙的接地板(4)、顶层介质基片衬底(5)、共面波导转微带馈线(6)。所述微带贴片天线(I)在所述底层介质基片衬底(2)底测；所述衬底挖腔结构(3)是指在底层介质基片衬底(2)上挖腔；所述的带有缝隙的接地板(4)位于两层介质基片衬底的中间，位于其面波导转微带馈线的垂直下方；所述共面波导转微带馈线(6)在顶层介质基片(5)的上表面。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于所述的结构是将缝隙耦合、衬底挖腔和共面波导转微带的馈电方式同时使用的结构。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于:所述的底层介质基片衬底(2)与顶层介质基片衬底(5)，采用介电常数为11.7的硅基衬底，厚度分别是150?250 ym和50?150 μπι ;表面派射金属为金，金层厚度为I?5 μπι。
4.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于底层介质基片衬底厚度为200μπι，顶层介质基片厚度为100 μ m，金层厚度为3 μ m。
5.根据权利要求2所述的结构，其特征在于所述的缝隙耦合是指带有缝隙的接地板上为“H”型结构，通过调整H倒角尺寸及缝隙臂间距，调节馈线与天线间耦合信号的大小，以获得较宽的工作带宽。
6.根据权利要求2所述的结构，其特征在于衬底挖腔衬底是指微带贴片天线的底层介质衬底的上表面采用等离子干法刻蚀方法，进行挖腔；通过控制刻蚀的功率大小和时间，控制空腔的深度，以调节天线介质基片衬底的介电常数。
7.根据权利要求2所述的结构，其特征在于共面波导转微带是指采用CPW与微带转换过渡结构，通过调节微带长度调节天线的谐振频率。
8.根据权利要求1或7所述的结构，其特征在于所述的共面波导转微带结构，共面波导传播的是TEM波，没有截止波率，以改善微带天线频带窄的限制。
9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于所述的天线尺寸为800μmX800 μπι。
【专利摘要】本发明涉及一种应用于毫米波微带天线的垂直耦合结构，包括微带贴片天线、底层介质基片衬底、衬底挖腔结构、带有缝隙的接地板、顶层介质基片衬底、共面波导转微带馈线。所述微带贴片天线在所述两层介质基片衬底底侧；所述衬底挖腔结构指底层介质基片衬底上挖腔；所述缝隙耦合口径位于两层介质基片中间；所述共面波导转微带馈线在顶层介质基片上表面。本发明能够解决工作频率在毫米波频段时天线与射频电路的层间垂直互连问题。具有无焊点、无寄生辐射，可获得均匀的辐射方向图，克服了传统单一馈电方式带来的不利影响及设计上的局限性等优点。
【IPC分类】H01Q1-38, H01Q1-50, H01Q1-48
【公开号】CN104577316
【申请号】CN201410854346
【发明人】孙芸, 孙晓玮, 崔恒荣
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日