一种矩形波导、喇叭天线及片上系统的制作方法

本发明涉及毫米波无线通信，特别是涉及一种矩形波导、喇叭天线及片上系统。

背景技术：

1、在毫米波频率中，相较于微带形式的传输线，矩形波导由于其传输损耗更小、功率容量更大且没有辐射损耗等优点，被广泛应用于通信、雷达、遥感、电子对抗和测量等系统中；同样的，相较于微带天线，矩形波导馈电的喇叭天线具有更宽的工作带宽、更高的辐射效率以及平稳的方向图等特性，使其有利于提高无线通信系统的性能，比如，在卫星通信中使用矩形波导馈电的喇叭天线能够提高通信质量，在雷达系统中使用矩形波导馈电的喇叭天线能够提高分辨率以及探测距离。

2、对于毫米波频率，由于其工作波长短，传统的金属矩形波导传输线和金属喇叭天线在加工制作时需要十分严格的加工精度控制，并且往往需要进行开模，这将直接导致生产成本增加。

3、此外，金属制造的波导电路和喇叭天线通常需要一些转接结构与其他印制板形式的平面电路集成，不仅会引入额外的损耗，还不利于系统的小型化，无法满足体积日趋小型化的无线通信终端的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种矩形波导、喇叭天线及片上系统，解决在保证毫米波频段矩形波导和喇叭天线优良性能的同时，降低生产成本；此外，实现具有收发功能且结构紧凑、低损耗的一体化片上系统。

2、为了解决上述发明目的，本发明提供了一种矩形波导，包括印制板，所述印制板上开设有通槽，所述通槽的四壁镀有金属层，所述通槽为空气填充。

3、可选的，包括三层所述印制板，最上层为第一印制板，所述第一印制板下表面覆有所述金属层；

4、中间层为第二印制板，所述第二印制板上开设有所述通槽，在通槽平行于电磁波传播方向的两个侧壁镀有所述金属层；

5、最下层为第三印制板，所述第三印制板上表面覆有所述金属层。

6、可选的，所述通槽周围设有多个通孔。

7、可选的，所述通槽设有转角，所述转角包括斜角或多个阶梯形状的直角。

8、可选的，所述印制板上、下表面均覆有金属层。

9、本发明还提供了一种喇叭天线，采用如上所述的矩形波导，包括不同截面尺寸的矩形波导中的一种或多种组合，所述印制板上、下表面覆有金属层。

10、可选的，所述多种组合的矩形波导从喇叭辐射口方向到馈电口按截面尺寸逐渐减小；所述多种组合的矩形波导相对设置且贯通，构成阶梯型金属腔；小截面尺寸的矩形波导位于大截面尺寸矩形波导通槽内的下表面区域敷有金属层。

11、可选的，所述阶梯型金属腔周围设有多个通孔，所述通孔的内壁镀有金属层，内部填充树脂。

12、可选的，所述喇叭天线外侧四壁上覆有金属层。

13、本发明还提供了一种片上系统，包括：射频前端模块、数字处理模块以及电源集成电路模块；

14、所述射频前端模块包括：至少一个喇叭天线单元、波导过度结构、射频集成电路封装芯片以及集总参数元件，所述射频集成电路封装芯片的封装输出为波导输出形式；

15、所述数字处理模块包括：数字处理集成电路和数字接口集成电路；

16、所述数字处理集成电路连接所述射频集成电路封装芯片；

17、所述电源集成电路模块用于对所述射频前端模块和所述数字处理模块进行供电及电压变换。

18、可选的，还包括外部时钟模块，用于产生时钟信号，为系统提供参考源。

19、可选的，所述波导过度结构包括：垂直方向传输的矩形波导和水平方向传输的矩形波导；

20、所述垂直方向传输的矩形波导的一端连接所述射频集成电路封装芯片的波导输出口，另一端与所述水平方向传输的矩形波导的一端连接，所述水平方向传输的矩形波导的另一端与所述喇叭天线单元的馈电端相连。

21、可选的，所述射频集成电路封装芯片、所述集总参数元件、所述数字处理集成电路、所述数字接口集成电路、所述电源集成电路模块以及所述外部时钟模块分布在第六印制板上表面；

22、所述水平方向传输的矩形波导形成于第七印制板，所述喇叭天线单元形成于第八印制板；

23、所述第七印制板在所述第六印制板下方，所述第八印制板位于所述第七印制板下方。

24、与现有技术相比，本发明提出的基于印制板及其加工工艺的矩形波导、喇叭天线是由印制电路板表面及其开槽侧壁上的金属层构成，通过常规印制板加工工艺达到金属波导传输线及金属喇叭天线的功能，在保证优良性能的同时，降低生产成本，矩形波导及喇叭天线结构基于印制板设计，有利于和其他平面电路进行一体化设计，提高系统集成度；基于矩形波导和喇叭天线所提供的具有收发功能的片上系统兼具有低成本、优良性能以及高集成度等优点。

技术特征：

1.一种矩形波导，其特征在于，包括印制板，所述印制板上开设有通槽，所述通槽的四壁镀有金属层，所述通槽为空气填充。

2.如权利要求1所述的矩形波导，其特征在于，包括三层所述印制板，最上层为第一印制板，所述第一印制板下表面覆有所述金属层；

3.如权利要求1所述的矩形波导，其特征在于，所述通槽周围设有多个通孔。

4.如权利要求1所述的矩形波导，其特征在于，所述通槽设有转角，所述转角包括斜角或多个阶梯形状的直角。

5.如权利要求1所述的矩形波导，其特征在于，所述印制板上、下表面均覆有金属层。

6.一种喇叭天线，采用如权利要求1-5中任一项所述的矩形波导，其特征在于，包括不同截面尺寸的矩形波导中的一种或多种组合，所述印制板上、下表面覆有金属层。

7.如权利要求6所述的喇叭天线，其特征在于，所述多种组合的矩形波导从喇叭辐射口方向到馈电口按截面尺寸逐渐减小；所述多种组合的矩形波导相对设置且贯通，构成阶梯型金属腔；小截面尺寸的矩形波导位于大截面尺寸矩形波导通槽内的下表面区域敷有金属层。

8.如权利要求7所述的喇叭天线，其特征在于，所述阶梯型金属腔周围设有多个通孔，所述通孔的内壁镀有金属层，内部填充树脂。

9.如权利要求6所述的喇叭天线，其特征在于，所述喇叭天线外侧四壁上覆有金属层。

10.一种片上系统，其特征在于，包括：射频前端模块、数字处理模块以及电源集成电路模块；

11.如权利要求10所述的片上系统，其特征在于，还包括外部时钟模块，用于产生时钟信号，为系统提供参考源。

12.如权利要求11所述的片上系统，其特征在于，所述波导过度结构包括：垂直方向传输的矩形波导和水平方向传输的矩形波导；

13.如权利要求12所述的片上系统，其特征在于，所述射频集成电路封装芯片、所述集总参数元件、所述数字处理集成电路、所述数字接口集成电路、所述电源集成电路模块以及所述外部时钟模块分布在第六印制板上表面；

技术总结
本发明揭示了一种基于印制板及其加工工艺的矩形波导、喇叭天线及片上系统，矩形波导及喇叭天线结构简单，方便加工，在加工效率和加工精度方面能得到很好保证；整个波导及喇叭天线结构基于印制板设计，有利于和其他平面电路进行一体化设计，提高系统集成度；基于矩形波导和喇叭天线所提供的具有收发功能的片上系统兼具有低成本、优良性能以及高集成度等优点。

技术研发人员：何勇,王彦杰,邱实,明超,付朝辉
受保护的技术使用者：深圳市华杰智通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11