一种高频片上天线波束整形装置的制作方法

本实用新型涉及通信设备领域，尤其涉及一种高频片上天线波束整形装置。

背景技术：

近年来，随着低频段电磁频谱日益拥挤，高频段甚至毫米波、太赫兹技术的研究在世界范围内受到了极大的关注。同时，随着集成电路的发展，把太赫兹收发组件集成在微小的芯片上面成为了现实。

天线，作为接收端的第一个元件和发射端的最后一个元件，都必须与电路相连接，因此为了保证最大功率传输，阻抗匹配是必不可少的环节。此外，由于天线是常规pcb上实现，金丝键合用于将它们连接到集成电路，可以极大地影响匹配，尤其是在毫米波、太赫兹这么高的频段，因为这些键合线通常具有不确定性，不能保证可重复性。相比之下，片载天线可以与前级电路一次集成，缓解了上述问题。

然而，在现有的半导体工艺中，衬底一般具有较低的电阻率(通常10ω.cm)，天线向空间辐射的能量更多的通过衬底的低电阻路径，从而导致增益下降。同时，衬底通常还具有高介电常数(εr＝11.9)，导致天线的辐射功率被限制在衬底里边，而不是被辐射到自由空间，进一步降低了辐射效率。

而且，片载天线受限于辐射面积以及辐射效率，其增益往往处于一个非常低的水平(通常小于0db)，无法满足对天线性能有特定要求的场合，例如调频连续波雷达，通常要求天线增益高于20db；再如成像系统、相控阵系统等实际应用中，通常要求天线增益和波束宽度在特定范围内。

综上所述，现有的片载天线存在有效截面积小；天线效率低；天线增益低的问题，无法应用于对天线增益要求高的场合等缺陷。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种高频片上天线波束整形装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种高频片上天线波束整形装置，包括天线、pcb板、pcb板固定件以及辐射喇叭。

所述天线的一部分贴设所述pcb板的顶面或底面，且临近所述pcb板的边缘，所述天线的另一部分延伸至所述pcb板的边缘以外；所述天线还与所述pcb板电连接以形成片载天线。

所述pcb板的侧面覆盖有金属反射层。

所述pcb板在所述pcb板固定件上。

所述辐射喇叭为矩形体，所述矩形体的一侧面开设有输入口，与所述输入口关于所述矩形体中心对称的所述矩形体的侧面开设有输出口，且所述输入口的口径小于所述输出口的口径；所述输入口和所述输出口之间连接有辐射通道，所述辐射通道的口径从所述输入口到所述输出口逐渐增大。

所述辐射喇叭与所述pcb板固定件连接，且所述天线位于所述辐射喇叭的输入口中，且所述输入口露出所述金属反射层的一部分。

本实用新型的有益效果是，通过将所述天线与所述pcb板电连接以形成片载天线，可避免了毫米波、太赫兹系统封装如金丝键合带来的损耗和不确定性。通过在pcb板的侧面覆盖有金属反射层，以及在天线的发射端设置辐射喇叭，可通过设定辐射喇叭的长度以及输入口和输出口的形状、大小对片载天线的波束进行整形。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述pcb板固定件和所述辐射喇叭一体成型。

采用上述进一步方案的有益效果是,通过将所述pcb板固定件和所述辐射喇叭设置为一体成型，具有更高整体强度，且不易进入灰尘。

进一步，所述pcb板固定件和所述辐射喇叭可拆卸连接。

采用上述进一步方案的有益效果是,通过将所述pcb板固定件和所述辐射喇叭设置为可拆卸连接，可以在需要调整片载天线的波束宽度和天线增益时，直接更换相应的辐射喇叭即可，从而方便对片载天线的波束进行整形。

进一步，所述pcb板固定件和所述辐射喇叭均为金属。

进一步，所述辐射喇叭的输入口和输出口的形状相同。

采用上述进一步方案的有益效果是,通过将所述辐射喇叭的输入口和输出口的形状设置为相同，能够使信号辐射更均匀。

进一步，所述辐射喇叭的输入口和输出口的形状均为矩形。

采用上述进一步方案的有益效果是,通过将辐射喇叭的输入口和输出口的形状均设置为矩形，能够使信号辐射更均匀。

进一步，所述装置还包括天线罩，所述天线罩安装在所述辐射喇叭的输出口。

采用上述进一步方案的有益效果是,通过在辐射喇叭的输出口设置天线罩，可以将pcb板上的芯片、天线和其它内部结构与外界隔离，从而起到保护作用。

进一步，所述天线罩为0.127mm厚度的rogers5880介质板。

采用上述进一步方案的有益效果是,通过将天线罩设置为0.127mm厚度的rogers5880介质板，在对片载天线和内部结构起到保护作用的同时，避免引入过大的损耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的片载天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的片载天线的侧视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种高频片上天线波束整形装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的波束在整形前的方向图；

图5为本实用新型实施例提供的波束在整形后的方向图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、天线，2、pcb板，3、金属反射层，4、pcb板固定件，41、辐射喇叭，5、天线罩，6、垂直面方向图曲线，7、水平面方向图曲线，8、交叉极化曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种高频片上天线波束整形装置，包括天线1、pcb板2、pcb板固定件4以及辐射喇叭41；

所述天线1的一部分贴设所述pcb板2的顶面或底面，且临近所述pcb板2的边缘，所述天线1的另一部分延伸至所述pcb板2的边缘以外；所述天线1还与所述pcb板2电连接以形成片载天线。

所述pcb板2的侧面覆盖有金属反射层3。

所述pcb板2在所述pcb板固定件4上。

所述辐射喇叭41为矩形体，所述矩形体的一侧面开设有输入口，与所述输入口关于所述矩形体中心对称的所述矩形体的侧面开设有输出口，且所述输入口的口径小于所述输出口的口径；所述输入口和所述输出口之间连接有辐射通道，所述辐射通道的口径从所述输入口到所述输出口逐渐增大。

所述辐射喇叭41与所述pcb板固定件4连接，且所述天线1位于所述辐射喇叭41的输入口中，且所述输入口露出所述金属反射层3的一部分。

具体地，辐射喇叭41与pcb板固定件4连接成一个金属空腔，pcb板固定件4可分为上固定板和下固定板，且上固定板连接在辐射喇叭41的设置输入口的一侧并位于顶端，下固定板连接在辐射喇叭41的设置输入口的一侧并位于底端。pcb板2固定在上固定板或下固定板上，且pcb板2的金属反射层3紧贴于辐射喇叭41设置输入口的侧面，并使天线1正好位于辐射喇叭41的输入口中心，天线1的发射端从输入口延伸至辐射喇叭41内腔。其中，输入口的口径大于天线1的发射端的端面，故位于天线下方的金属反射层3会从输入口中露出部分面积，以对天线1的发送信号进行反射。

在实际应用场景中，该片载天线可为硅基片上天线，具体为端射天线1，除了一个片载天线外还包括一个金属反射层3。片载天线为线极化天线，天线1贴于pcb板2表面，并部分悬空，如图1所示，pcb侧面涂满金属，形成反射面，该天线1波束宽度通常大于100°，天线1增益小于5dbi。

所述pcb板固定件4可为一个金属腔体，片载天线固定在金属腔体上，辐射喇叭41与金属腔体为一个整体，此时天线1的宽度和增益则受到辐射喇叭41口的形状和大小影响。设计时可以根据系统需求，调整辐射喇叭41口的形状和大小，实现所需的天线1增益和波束形状。天线罩5为高频特性良好且厚度较小的介质材料，对片上天线和内部结构起到保护作用的同时，避免引入过大的损耗。

在本实施例中，以140ghz作为工作频率为例，硅基片上天线如图1所示，包括片上八木天线和金属反射层3，金属反射层3为片上八木天线所贴的pcb板2的侧面，pcb板2的厚度为1.1mm。整个毫米波、太赫兹波束整形装置的三围结构如图2所示，pcb板2固定在金属腔体上，金属腔体与辐射喇叭41口相连，形成波束整形装置的辐射口径，辐射喇叭41口的起始端与硅基片上天线相接，毫米波、太赫兹信号通过硅基片上天线将能量耦合进入辐射喇叭41，辐射喇叭41末端贴上天线罩5，在本实例中，天线罩5为0.127mm厚度的rogers5880介质板。通过调整辐射喇叭41口的起始端和末端大小，以及辐射喇叭41口的长度，可以对片上天线的波束进行整形。

需要说明的是，rogers为高频电路板，rogers5880介质板为一种常用型号的高频电路板，为现有技术。

在实施例中，整形前片载天线的方向图如图4所示，其中，包括垂直面方向曲线6、水平面方向曲线7以及交叉极化曲线8，水平面和垂直面的3db波束宽度分别为100°和101°，天线1增益为4dbi；通过本整形装置进行整形后的方向图如图5所示，水平面和垂直面的3db波束宽度分别为52°和51°，天线1增益为8.5db，由此可知，经过本转置整形过后，波束宽度及增益得到了明显的改变，具有较好整形效果。如需更高增益的天线，可进一步增加喇叭天线口径。

可选地，所述pcb板固定件和所述辐射喇叭41一体成型。通过将所述pcb板固定件和所述辐射喇叭41设置为一体成型，具有更高整体强度，且不易进入灰尘。

可选地，所述pcb板固定件和所述辐射喇叭41可拆卸连接。通过将所述pcb板固定件和所述辐射喇叭41设置为可拆卸连接，可以在需要调整片载天线1的波束宽度和天线1增益时，直接更换相应的辐射喇叭41即可，从而方便对片载天线的波束进行整形。

可选地，所述pcb板固定件和所述辐射喇叭41均为金属。

可选地，所述辐射喇叭41的输入口和输出口的形状相同。通过将所述辐射喇叭41的输入口和输出口的形状设置为相同，能够使信号辐射更均匀。

可选地，所述辐射喇叭41的输入口和输出口的形状均为矩形。通过将辐射喇叭41的输入口和输出口的形状均设置为矩形，能够使信号辐射更均匀。

可选地，所述装置还包括天线罩5，所述天线罩5安装在所述辐射喇叭41的输出口。通过在辐射喇叭41的输出口设置天线罩5，可以将pcb板2上的芯片、天线1和其它内部结构与外界隔离，从而起到保护作用。

可选地，所述天线罩5为0.127mm厚度的rogers5880介质板。通过将天线罩5设置为0.127mm厚度的rogers5880介质板，在对片载天线和内部结构起到保护作用的同时，避免引入过大的损耗。

综上所述，本实施例提供的高频片上天线波束整形装置，通过片上天线的形式避免了毫米波、太赫兹系统封装(如金丝键合)带来的损耗和不确定性，然后通过波束整形机械结构，使得片上天线的增益和波束可控，极大地拓展了片上天线的实用范围和场景，最后通过天线罩5将系统芯片和其它内部结构与外界隔离，从而对芯片及其它内部结构起到保护作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。