缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种喇叭天线，尤其是一种缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线。
【背景技术】
[0002]采用叠层三维多芯片(3D-MCM)技术，可以把一个射频系统集成在一个三维叠层封装内，通常是在封装的表面集成天线，例如把贴片天线集成在封装的最上面。但是有时会需要把天线集成在封装中间的一个夹层以满足系统的需要。如果在封装内部夹层中集成喇叭天线就可以实现上述要求。但是，通常喇叭天线是非平面的，与平面电路工艺的不兼容、具有的较大的几何尺寸，从而限制了其在封装结构上的应用。近年来，基于基片集成波导技术发展的基片集成波导喇叭天线具有尺寸小、重量轻、易于平面集成的特点，但传统的基片集成波导喇叭天线的增益相对比较低，其中一个原因在于口径面上电磁场的幅度很不均匀，中间大两边小，影响天线的辐射性能。目前已有采用介质加载、介质棱镜等方法，矫正喇叭口径面相位的不同步，但是这些方法都不能改善口径面上电磁场幅度分布的均匀性，而且这些相位校准结构增加了天线的整体结构尺寸，不适合集成到封装内部夹层。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明的目的是提出一种缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线，在该天线上下两个平行的金属面上，有多条缝隙可以改善天线口径面上电磁波幅度分布的均匀性，同时避免口径面缝隙引起的场强不均匀、增加有效辐射面积，提高三维封装夹层的天线的口径效率和增益。
[0004]技术方案:本发明的一种缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线包括设置在介质基板上的微带馈线、基片集成波导喇叭天线和缝隙，介质基板在三维封装的内层；所述微带馈线通过共面波导与三维封装内部电路相连；基片集成波导喇叭天线由位于介质基板一面的底面金属平面、位于介质基板另一面的顶面金属平面和穿过介质基板连接底面金属平面、顶面金属平面的金属化过孔喇叭侧壁组成；底面金属平面、顶面金属平面有多条缝隙，缝隙的长度超过一个波长，并构成中间缝隙、左边缝隙和右边缝隙；中间缝隙形状是直线，位于基片集成波导喇叭天线的两个侧壁中间的位置；中间缝隙的头端朝着微带馈线方向，中间缝隙的尾端靠近但不到天线口径面；中间缝隙把基片集成波导喇叭天线分为左右对称的左边子喇叭和右边子喇叭；左边缝隙把左边子喇叭分成第一子喇叭和第二子喇叭；右边缝隙把右边子喇叭分成第三子喇叭和第四子喇叭；左边缝隙和右边缝隙形状都是由头端部分、多边形和尾端部分三段依次相连构成，左边缝隙和右边缝隙的头端都朝着微带馈线方向，左边缝隙和右边缝隙的尾端靠近但不到天线口径面；
[0005]所述的左边缝隙和右边缝隙中的头端部分、尾端部分的形状是直线、折线或指数线；
[0006]所述的左边缝隙和右边缝隙中的多边形可以是三角形、四边形、五边形或其它边数大于五的多边形。
[0007]所述的微带馈线的一端与喇叭天线相连，微带馈线的另一端靠近封装侧面，是天线的输入输出端口；微带馈线通过天线输入输出端口与封装侧面的共面波导的一端相连，共面波导的另一端与三维封装内部电路相连。
[0008]所述的基片集成波导喇叭天线由窄截面波导、喇叭形波导和宽截面波导串接构成；窄截面波导的一端是微带馈线，窄截面波导的另一端与喇叭形波导相连，喇叭形波导的一端与窄截面波导相连，喇叭形波导的另一端与宽截面波导相连，宽截面波导的另一端是天线口径面。
[0009]所述的左边子喇叭和右边子喇叭的宽度均要保证电磁波可以在这些子喇叭和中传输而不被截止。
[0010]所述的第一子喇叭、第二子喇叭、第三子喇叭和第四子喇叭的宽度均要保证电磁波可以在第一子喇叭、第二子喇叭、第三子喇叭和第四子喇叭中传输而不被截止。
[0011]缝隙离天线口径面的距离约为半个波长。
[0012]在基片集成波导喇叭天线的底面金属平面上的缝隙与顶面金属平面上的缝隙一一对应，在基片集成波导喇叭天线底面金属平面上的缝隙与顶面金属平面上的缝隙的形状一样、数量相等，底面金属平面上的缝隙在底面金属平面上的位置与顶面金属平面上的缝隙在顶面金属平面上的位置一样。
[0013]在子喇叭中，电磁波的场强幅度分布规律与子喇叭端口的宽度有关，如果多个子喇叭的宽度都一样，其电磁波的的场强幅度分布规律就相同；而且如果这些子喇叭输入的功率都是相同的话，则这些子喇叭端口上的场强幅度大小及分布都相同。来自封装内部电路的电磁波信号经过三维封装侧面的共面波导进入天线输入输出端口，再通过微带馈线进入到基片集成波导喇叭天线，在向天线的口径面方向传播一段距离后，遇到中间的缝隙，就分成功率相等的两路分别进入左右两个子喇叭传输。左右两个子喇叭完全对称，以左边的子喇叭为例说明。当电磁波进入左边的子喇叭传输后一段距离后，将遇到一个缝隙，再被分成两路通过子喇叭向口径面传输；调整左边的子喇叭该缝隙头端部分的位置以及缝隙中多边形顶点的位置，可以使得通过这两个子喇叭传输的电磁波的功率相等；电磁波在右边的子喇叭中传输也是同样的情况。以上述方式就可以控制在天线口径面上电磁波的幅度分布，如果保持在天线口径面附近四个子喇叭的端口宽度相等，并调整缝隙的头端部分及多边形顶点的位置使得通过这四个子喇叭传输电磁波的同功率到达天线口径面，就可以使得在天线口径面上的场强幅度分布一致，这样就可以达到提高天线的口径效率和增益的目的。同理也可以按照需要在天线的口径面上实现特定的场强幅度分布。
[0014]另外如果缝隙到口径面上，由于缝隙内部的场强相对缝隙两边的场强要小一些，特别是缝隙比较宽时更是如此，这样导致天线口径面上缝隙所在的区域场强比较小，使得场强发布不均匀；但缝隙离口径面有一定距离，就可以避免上述问题，这样口径面的场强分布也相对更均匀以及天线的有效辐射面积也变大。
[0015]有益效果:本发明缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线的有益效果是，可以按照需要调整天线口径面上的幅度分布，可以提高天线口径面上的幅度分布的一致性，避免了缝隙引起的幅度不均匀，从而提高了在三维封装夹层天线的口径效率和增益。
【附图说明】
[0016]图1为缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线的三维封装整体结构示意图。
[0017]图2为缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线正面结构示意图。
[0018]图3为缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线反面结构示意图。
[0019]图中有:微带馈线1、基片集成波导喇叭天线2、内嵌金属化过孔3、介质基板4、三维封装5，天线输入输出端口 6、共面波导7、内部电路8、底面金属平面9、顶面金属平面10、金属化过孔喇叭侧壁11、天线的口径面12、天线的窄截面波导13、天线的喇叭形波导14、天线的宽截面波导15、接地面16、中间缝隙17、左边缝隙18、右边缝隙19、左边子喇叭20、右边子喇叭21、第一子喇叭22、第二子喇叭23、第三子喇叭24和第四子喇叭25。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0021]本发明所采用的实施方案是:缝隙内嵌幅度校准的封装夹层天线包括设置在介质基板4上的微带馈线1、基片集成波导喇叭天线2和缝隙3，介质基板4在三维封装5的内层；所述微带馈线I通过共面波导7与三维封装5内部电路8相连；基片集成波导喇叭天线2由位于介质基板4 一面的底面金属平面9、位于介质基板4另一面的顶面金属平面10和穿过介质基板4连接底面金属平面9、顶面金属平面10的金属化过孔喇叭侧壁11组成；底面金属平面9、顶面金属平面10有多条缝隙3，缝隙3的长度超过一个波长，并构成中间缝隙17、左边缝隙18和右边缝隙19 ;中间缝隙17形状是直线，位于基片集成波导喇叭天线2的两个侧壁11中间的位置冲间缝隙17的头端朝着微带馈线I方向，中间缝隙17的尾端靠近但不到天线口径面12 ;中间缝隙17把基片集成波导喇叭天线2分为左右对称的左边子喇叭20和右边子喇叭21 ;左边缝隙18把左边子喇叭20分成第一子喇叭22和第二子喇叭23 ;右边缝隙19把右边子喇叭21分成第三子喇叭24和第四子喇叭25 ;左边缝隙18和右边缝隙19形状都是由头端部分、多边形和尾端部分三段依次相连构成，左边缝隙18和右边缝隙19的头端都朝着微带馈线I方向，左边缝隙18和右边缝隙19的尾端靠近但不到天线口径面12 ；
[0022]所述的左边缝隙18和右边缝隙19中的头端部分、尾端部分的形状是直线、折线或指数线；
[0023]所述的左边缝隙18和右边缝隙19中的多边形可以是三角形、四边形、五边形或其它边数大于五的多边形。
[0024]所述的微带馈线I的一端与喇叭天线2相连，