[发明专利]一种新型宽带高增益片上基片集成波导天线

说明书

本发明公开一种新型宽带高增益片上基片集成波导天线，包括天线主体，所述天线主体包括第一部分和第二部分，第一部分位于第二部分的后侧；第一部分包括从上到下分布的一层顶部金属层、多个中间金属层以及一层底部金属层；第二部分包括水平分布的单层金属层且与第一部分的底部金属层位于同一平面且一体成型；所述第一部分中具有一个矩形的基片集成波导谐振腔；所述基片集成波导谐振腔中具有矩形的贴片天线；贴片天线的四周外部环绕有缝隙；第二部分的横向中间位置具有纵向分布的微带线。本发明能够解决现有片上天线存在的低增益、低效率及窄带的问题，显著提高片上天线的辐射效率和增益，以及提高天线的带宽。

技术领域

本发明涉及天线和无线通信技术领域，特别是涉及一种新型宽带高增益片上基片集成波导天线。

背景技术

天线是收发机系统中的重要组成部分，它主要承载着发射与接收电磁波信号的功能。在毫米波及太赫兹频段，由于频率较高，天线的尺寸小，采用集成工艺加工生产片上天线，易于集成，相比片外天线，能够有效避免复杂的封装过程，以及互联过程中产生的损耗，因此，片上天线的设计尤为重要。

目前，片上天线的设计所面临的困难，主要是天线的增益和辐射效率较低，造成这种现象的原因主要分为两种情况：

第一种情况，天线在集成工艺中的上层金属层制作，没有底层金属作为屏蔽的地板，由于硅衬底介电常数很大(ε_r＝11.9)，天线辐射电磁波大部分会向硅衬底的方向辐射。然而，标准的硅基集成工艺中，硅衬底具有较小的电阻率(10Ω·m)，这将会产生较大的欧姆损耗，将大量的电磁能量转化为热。同时，硅衬底较大的相对介电常数使电磁波在其中转化为表面波耗散。以上两种损耗，是造成在顶层金属制作天线，无底层金属作为屏蔽地板情况下，天线的辐射效率和增益大幅降低的主要原因。

第二种情况，天线制作在集成电路工艺的顶层金属，底层金属作为屏蔽地板，抑制电磁波辐射进入硅衬底。在标准硅基集成电路工艺中，最顶层和最底层金属之间的间距非常小(小于15μm)，天线辐射单元和屏蔽地板之间存在强耦合作用，减小了天线的辐射电阻，降低天线的辐射效率。

因此，在设计片上天线过程中，突破硅基集成工艺的设计局限，有效减小损耗，提高片上天线的增益和辐射效率，成为片上天线设计的关键问题。

目前，基片集成波导(SIW)天线，是已被证实可在硅基集成工艺实现并用于设计的天线，由于其具有的金属腔结构可有效减少电磁波损耗，设计的天线具有较高的效率和增益，可解决片上天线设计的难题。但是，由于基片集成波导(SIW)天线的金属腔体过于薄(小于15μm)，导致设计的天线品质因数Q值较高，带宽过窄。

因此，综上所述，目前迫切需要提出一种天线，其能够解决现有片上天线存在的低增益、低效率及窄带的问题，显著提高片上天线的辐射效率和增益，以及提高天线的带宽。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种新型宽带高增益片上基片集成波导天线，其能够解决现有片上天线存在的低增益、低效率及窄带的问题，显著提高片上天线的辐射效率和增益，以及提高天线的带宽，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种新型宽带高增益片上基片集成波导天线，其特征在于，包括天线主体，所述天线主体包括第一部分和第二部分，所述第一部分位于第二部分的后侧；

所述第一部分包括从上到下分布的一层顶部金属层、多个中间金属层以及一层底部金属层；

所述第二部分包括水平分布的单层金属层，所述第二部分包括的单层金属层与所述第一部分的底部金属层位于同一平面且一体成型；

所述第一部分中具有一个矩形的基片集成波导谐振腔；

所述基片集成波导谐振腔中具有矩形的贴片天线；

所述贴片天线的四周外部环绕有缝隙；