[发明专利]一种阵列天线结构及多层过孔结构

说明书

本发明公开一种阵列天线结构，包括辐射单元和馈电网络，辐射单元采用平面贴片形式，馈电网络采用基片集成波导的形式；整体结构采用多层印制电路板工艺实现，馈电网络采用在弯折的基片集成波导宽边上开横缝，通过缝隙耦合对顶部金属贴片进行馈电。本发明还公开一种多层过孔结构，将某一层介质基片上的基片集成波导的一个端口封闭，并通过一个金属化过孔作为射频信号传输之用。此种阵列天线结构采用弯折基片集成波导横缝结构，并通过对馈电网络进行匹配设计的方式来实现薄介质基片的情况下增加阵列天线带宽，以及实现毫米波天线与射频前端在多层印制电路板上实现不同层，以满足对尺寸要求及带宽要求比较高的毫米波系统的设计。

技术领域

本发明属于电子领域，特别涉及一种阵列天线结构及多层过孔转接结构。

背景技术

随着社会的进步和技术的发展，对于实现电子系统高性能、小型化的需求日益迫切。阵列天线在通信、导航、雷达、探测等诸多领域的电子系统里面有着广泛的应用，能够实现高性能，小型化的阵列天线结构必然能带来良好的经济效益和社会效益。

微带贴片天线是近几十年来发展迅速的平面阵列天线结构，其以结构紧凑、重量轻、成本低、易于集成等优点被广泛应用在各种使用到无线电的应用场景，然而当使用微带贴片天线形成阵列时，尤其是当阵列形成一定规模时，馈电网络设计会比较复杂，而且天线的带宽等方面的性能会受到影响而恶化，尤其是当在频率较高的毫米波频段，直接使用微带形式的功率分配器作为馈电网络会存在损耗过大以及因馈电网络本身的辐射而影响整个阵列天线的辐射性能的情况，同时一般的微带贴片天线还面临着带宽过窄的问题。

基片集成波导(substrate integrated waveguide，SIW)是一种可以集成于介质基片中的新型导波结构，这种结构在介质基片中按一定间隔排列多个金属化通孔成为波导光滑侧壁的替代结构，从而与上下表面金属围成一个准封闭的导波结构，保持了金属波导的低插损、高功率容量等特点。基片集成波导已经被成功地用于设计多种微波结构，如基片集成波导天线、滤波器、双工器、功分器等。

因此实现毫米波频段的高性能、小型化天线可以综合考虑微带天线的紧凑结构的优势以及基片集成波导低插入损耗、低辐射的优势。

之前已经有相关文献报道或者专利公开了将基片集成波导技术与微带贴片结合设计毫米波阵列的方案。有方案利用基片集成波导作为馈电网络，微带贴片作为辐射单元的天线结构及设计方法，并且在频率较高的毫米波频段实现了较好性能，然而馈电网络与辐射单元处于同一个层面，增加了整个阵列天线的尺寸。有方案采用多层印制电路板制作的大规模毫米波阵列天线，并且获得了良好的性能，然而用于馈电网的介质基片过厚，且辐射层的介质基片与馈电层的介质基片不一致，不利于多层印制电路板的层压加工。

射频前端芯片与天线之间一般通过微带线相连，目前广泛的做法是天线与射频前端芯片设计在同一块介质基片上，以实现两者间的直接连接；然而，一些毫米波频段的系统需要利用多层印制电路板工艺来实现，此时如何实现天线与射频前端的高效连接是需要解决的问题。

因此，当前相关结构的阵列天线还存在着结构不紧凑、剖面过高、带宽窄等，以及采用多层印制电路板的毫米波射频系统中射频前端与天线相连等问题。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种阵列天线结构及多层过孔结构，采用弯折基片集成波导横缝结构，并通过对馈电网络进行匹配设计的方式来实现薄介质基片的情况下增加阵列天线带宽，以及实现毫米波天线与射频前端在多层印制电路板上实现不同层，以满足对尺寸要求及带宽要求比较高的毫米波系统的设计。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：