縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種喇叭天線，尤其是一種縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線。
【背景技術】
[0002]采用微組裝技術，可以把一個射頻系統集成到一個封裝內，為此也需要把天線集成在封裝的表面。在封裝表面集成貼片天線是一種很自然的方式，但貼片天線的輻射主向是表面的法向，而我們有時需要的輻射主向是沿著表面方向。如果在封裝表面集成喇叭天線就可以實現沿表面方向的輻射。但是，通常喇叭天線是非平面的，與平面電路工藝的不兼容、具有的較大的幾何尺寸，從而限制了其在封裝結構上的應用。近年來，基于基片集成波導技術發展的基片集成波導喇叭天線具有尺寸小、重量輕、易于平面集成的特點，但傳統的基片集成波導喇叭天線的增益相對比較低，其原因在于由于喇叭口不斷的張開，導致電磁波傳播到喇口八口徑面時出現相位不同步，口徑電場強度的相位分布不均勾，福射方向性和增益降低。目前已有采用介質加載、介質棱鏡等方法，矯正喇叭口徑面相位的不同步，但是這些相位校準結構都在喇叭天線的口徑面外面，增加了天線的整體結構尺寸，不適合集成到封裝表面。
【發明內容】
[0003]技術問題:本發明的目的是提出一種縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線，在該喇叭天線上下兩個平行的金屬面上，有多條縫隙以矯正天線口徑面上電磁波的相位不一致，同時避免口徑面縫隙引起的場強不均勻、增加有效輻射面積，提高三維封裝表面天線的口徑效率和增益。
[0004]技術方案:本發明的縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線其特征在于該天線包括設置在介質基板上的金屬化垂直過孔饋線、基片集成波導喇叭天線和數條縫隙，介質基板在三維封裝的最上面；所述金屬化垂直過孔饋線與三維封裝的內部電路相連；基片集成波導喇叭天線由位于介質基板一面的底面金屬平面、位于介質基板另一面的頂面金屬平面和穿過介質基板連接底面金屬平面、頂面金屬平面的金屬化過孔喇叭側壁組成；基片集成波導喇叭天線由窄截面波導和喇叭形波導串接構成；窄截面波導的一端是短路面，窄截面波導的另一端與喇叭形波導相連，喇叭形波導的一端是天線口徑面；基片集成波導喇叭天線中的底面金屬平面和頂面金屬平面均有數條縫隙，縫隙的長度大于一個波長，這些縫隙在基片集成波導喇叭的內部形成多個子喇叭；縫隙的一端朝著窄截面波導的短路面的方向，縫隙的另一端靠近但不到天線口徑面；
[0005]所述的縫隙的形狀是曲線，不同縫隙的寬度相同或不同的，每條縫隙的寬度是均勻或不均勻的；
[0006]所述的一條或數條縫隙中，調整相鄰兩條縫隙之間的距離、或者調整一條縫隙與基片集成波導喇叭天線O側壁金屬化過孔之間的距離、或者改變一條或者多條縫隙的長度，能夠使得到達天線的口徑面上電磁波相位分布更均勻，或者使得到達天線的口徑面上電磁波相位按照需要分布；調節某條縫隙的寬度，可以改變該條縫隙兩邊的子喇叭中電磁波的相速，能夠使得到達天線的口徑面上電磁波相位分布更均勻，或者使得到達天線的口徑面上電磁波相位按照需要分布。
[0007]所述的金屬化垂直過孔饋線的一端穿過介質基板底面金屬平面上的圓孔與三維封裝的內部電路相連，其另一端頂端有個圓形焊盤，金屬化垂直過孔饋線頂端圓形焊盤在介質基板的頂面金屬平面的圓孔中心，因此金屬化垂直過孔饋線頂端圓形焊盤與介質基板的頂面金屬平面沒有直接的電接觸。
[0008]所述的相鄰兩條縫隙之間的距離要保證電磁波可以傳輸而不被截止。
[0009]金屬化過孔喇叭側壁中，相鄰的兩個金屬化過孔的間距要小于或等于工作波長的十分之一，使得構成的金屬化過孔喇叭側壁能夠等效為電壁。
[0010]所述的縫隙3離天線口徑面12的距離約為半個波長。
[0011]在基片集成波導喇叭天線的底面金屬平面上的縫隙與頂面金屬平面上的縫隙一一對應，在基片集成波導喇叭天線底面金屬平面上的縫隙與頂面金屬平面上的縫隙的形狀一樣、數量相等，底面金屬平面上的縫隙在底面金屬平面上的位置與頂面金屬平面上的縫隙在頂面金屬平面上的位置一樣。
[0012]在基片集成波導喇叭的底面金屬平面和頂面金屬平面上的縫隙，把基片集成波導喇叭分成數個子喇叭。在子喇叭中電磁波的傳播相速都與子喇叭的寬度有關，子喇叭的寬度越寬，其中電磁波的傳播相速就越低；反之，子喇叭的寬度越窄，電磁波的傳播相速就越高。來自封裝內部電路的電磁波信號從金屬化垂直過孔饋線的一端通過天線的輸入輸出端口進入到基片集成波導喇叭天線，在向天線的口徑面方向傳播一段距離后，遇到一條或者數條縫隙，就分成兩路或者多路，進入子喇叭傳播，再通過子喇叭，然后再到達天線的口徑面；在天線口徑面上的電磁波，是通過不同子喇叭到達的，而且各路經過的路徑長度有差異，到達天線口徑面的邊緣的電磁波所經過的路程較遠，但經過的子喇叭的寬度較窄，電磁波的相速較快；而到達天線口徑面中心附近的電磁波所經過路程較近，但經過的子喇叭的寬度較寬，電磁波的相速較慢。這樣通過不同子喇叭到達天線口徑面電磁波的相位保持一致，就達到提高天線增益的目的。同理也可以按照需要在天線的口徑面實現特定的相位分布。
[0013]另外如果縫隙到口徑面上，由于縫隙內部的場強相對縫隙兩邊的場強要小一些，特別是縫隙比較寬時更是如此，這樣導致天線口徑面上縫隙所在的區域場強比較小，使得場強發布不均勻；但縫隙離口徑面有一定距離，就可以避免上述問題，這樣口徑面的場強分布也相對更均勻以及天線的有效輻射面積也變大。
[0014]有益效果:本發明縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線的有益效果是，可以按照需要在天線的口徑面實現特定的相位分布，也可提高天線口徑面上電磁波的相位的一致性，避免了縫隙引起的幅度不均勻，從而提高了三維封裝表面天線的口徑效率和增益。
【附圖說明】
[0015]圖1為縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線的三維封裝整體結構圖。
[0016]圖2為縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線正面結構示意圖。
[0017]圖3為縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線反面結構示意圖。
[0018]圖中有:金屬化垂直過孔饋線1、基片集成波導喇叭天線2、縫隙3、介質基板4、三維封裝5，底面金屬平面6、底面金屬平面圓孔7、內部電路8、頂面金屬平面9、金屬化垂直過孔饋線頂端圓形焊盤10、金屬化過孔喇叭側壁11、天線的口徑面12、天線的窄截面波導13、天線的喇叭形波導14、窄截面波導的短路面15和子喇叭16。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0020]本發明所采用的實施方案是:一種縫隙內嵌相位校準的三維封裝表面天線包括設置在介質基板4上的金屬化垂直過孔饋線1、基片集成波導喇叭天線2和數條縫隙3，介質基板4在三維封裝5的最上面；所述金屬化垂直過孔饋線I與三維封裝5的內部電路8相連；基片集成波導喇叭天線2由位于介質基板4 一面的底面金屬平面6、位于介質基板4另一面的頂面金屬平面9和穿過介質基板4連接底面金屬平面6、頂面金屬平面9的金屬化過孔喇叭側壁11組成；基片集成波導喇叭天線2由窄截面波導13和喇叭形波導14串接構成；窄截面波導13的一端是短路面15，窄截面波導13的另一端與喇叭形波導14相連，喇叭形波導14的一端是天線口徑面12 ;基片集成波導喇叭天線2中的底面金屬平面6和頂面金屬平面9均有數條縫隙3，縫隙3的長度大于一個波長，這些縫隙3在基片集成波導喇叭2的內部形成多個子喇叭16 ;縫隙3的一端朝著窄截面波導13的短路面15的方向，縫隙3的另一端靠近但不到天線口徑面12 ;縫隙3的