相控阵天线制造技术

披露了一种相控阵，包括：基底层，该基底层包括具有多个突出柱的基板，该多个突出柱用于阻止波沿该基底层传播；以及印刷电路板(PCB)，该印刷电路板布置在该基底层上，并且在该PCB的面向该基底层和这些突出柱的第一侧上包括至少一个相控阵射频(RF)集成电路(IC)。该PCB进一步包括用于将RF信号从该(这些)相控阵RF IC传输到该PCB的相反第二侧的馈源。还提供了辐射层以及馈电层，该辐射层包括用于从该相控阵天线发射和/或接收RF信号的多个辐射元件；该馈电层用于传输RF信号，并且布置在该PCB的第二侧上的馈源与该辐射层的辐射元件之间。

Phased array antenna

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相控阵天线
本专利技术涉及一种相控阵天线，并且尤其涉及一种2D大规模MIMO波束控制天线。更具体地，本专利技术涉及一种具有用于波束控制和发射/接收功能的集成电子器件的RF/微波/毫米波天线。天线的典型应用领域是电信、汽车雷达、用于军事应用或卫星应用的雷达。
技术介绍
自20世纪60年代末以来，已经开发出了主要用于军事雷达应用的相控阵天线。从那以后，由于所有电子器件(也在毫米波频率上)的集成度都已大大提高，因此，建造可负担得起的相控阵天线的可能性已经达到了也适合商业应用的成本水平。现有系统以两种原理不同的方式建造，通常分别称为“砖砌(brick)”和“平铺(tile)”。砖砌系统使用垂直于天线平面安装的发射/接收模块，这以简化的方式增加了电子器件的可用空间并增加了冷却可能性。在砖砌建造实践中，最大的问题是与天线的连接，该连接通常是通过同轴连接器进行的，而这些连接器昂贵、笨重并且容易受到公差的影响。因此，这种建造方式仅用于高成本、高性能的军事雷达系统。由于平铺建造实践没有垂直的天线连接，使得将天线与电子器件集成在一起的方式更简单，因此平铺建造实践似乎是理想的。然而，建造天线的这种方式同样存在若干缺点。主要问题是：电子器件的可用空间有限，这是因为要求相邻天线元件之间的最大距离为半个波长(例如，在30GHz下为5mm)、需要屏蔽墙以在信道之间进行隔离；在发射/接收路径中用于增加滤波功能的空间有限；由于当电子器件过于拥挤时每单位面积的高功率所导致的热限制等。这些限制或边界条件将对平铺天线的使用限制在不使用滤波的低功率设备上，并且限制为有限的扫描范围。因此，需要一种新型相控阵天线，该新型相控阵天线可以相对成本有效地生产，并且可以减轻以上讨论的问题中的至少一些问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种新型相控阵天线，该新型相控阵天线可以相对成本有效地生产，并且可以减轻以上讨论的问题中的至少一些问题。该目的通过根据所附权利要求的相控阵天线来实现。根据本专利技术的第一方面，提供了一种相控阵天线，该相控阵天线包括：基底层，该基底层包括具有多个突出柱的基板，所述柱用于阻止波沿所述基底层传播；印刷电路板(PCB)，该印刷电路板布置在所述基底层上，并且在该PCB的面向该基底层和这些突出柱的第一侧上包括至少一个相控阵射频(RF)集成电路(IC)，该PCB进一步包括用于将RF信号从该(这些)相控阵RFIC传输到该PCB的相反第二侧的馈源；辐射层，该辐射层包括用于从该相控阵天线发射和/或接收RF信号的多个辐射元件；以及馈电层，该馈电层用于传输RF信号，并且布置在该PCB的第二侧上的馈源与该辐射层的辐射元件之间。该新型相控阵天线通过使用一层或若干层间隙波导技术解决了先前在平铺天线建造实践中遇到的许多固有问题。换言之，本专利技术提供了一种新型天线，该新型天线包括低损耗的多层间隙波导结构并且包括用于微波/毫米波部件的板，具有高效的电联接并且内置有用于冷却电子器件的高效热路径。将使用间隙柱/针技术来抑制天线中的信道内部或之间的传播。电子器件(即，至少一个相控阵射频(RF)集成电路(IC))安装在PCB(比如微带板)上，这些电子器件与该PCB的另一侧上的馈电结构联接。具有突出柱的基底层能够实现非常高效的馈送，从而抑制波沿基底层的传播。因此，突出柱形成间隙人工磁导体(ArtificialMagneticConductor，AMC)表面。具有突出柱的基底层优选地覆盖PCB的整个区域。此基底层的作用是完全抑制任何波沿PCB或在PCB内部传播，这带来了一个很大的优点，即，可以省去原本一直存在的用于将相邻信道解除联接的所有屏蔽墙，从而使得可以非常高效地使用PCB区域。这也最小化了该板中的布线问题。间隙波导结构(即，包括突出柱的结构)优选地包括金属表面，并且最优选地完全由金属制成。例如，这些结构可以通过压铸或注射成型(例如使用铝或锌)来制造。具有突出柱的基底层(特别是当由金属制成时)还带来另一个很大的优点，即，安装在PCT上的微波电路将具有非常有效的背离该板的热路径，从而高效地冷却天线。这带来了非常高的功率处理能力，进而使天线具有更高的输出功率。这在例如电信系统或雷达系统中非常重要。具有突出柱的基底层还将用作需要从顶侧冷却的电路(例如，通常用于系统的低功率部件和数字部件的BGA封装型CMOS电路)的冷却表面。使用突出柱来形成抑制波沿不希望的方向传播的表面尤其从同一申请人的WO10/003808、WO13/189919、WO15/172948、WO16/058627、WO16/116126、WO17/050817和WO17/052441中是本身已知的，并且所述文档中的每一个均通过引用以其整体并入本文。使用突出柱来形成对波在不希望的方向上的抑制可以被称为间隙波导技术，该技术是一种用于在平行导电板之间的狭窄间隙中控制波传播、或者用于形成抑制波传播的表面的技术。通过在两个平行导电表面中的一个或两个导电表面中使用周期性元件(比如金属柱(也被称为针))来阻止波传播，并且在要形成波导的情况下，波沿着例如布置在这两个导电表面之一上的金属脊被引导。这两个平行导电表面之间不需要金属连接。场主要存在于这两个表面之间的间隙内，而不是存在于纹理或层结构本身中，因此损耗很小。对于频率如此高以至于现有的传输线和波导损耗太高或无法在所需的公差范围内成本有效地制造的情况，这种类型的微波波导技术是特别有利的。这些辐射元件可以是延伸穿过该辐射层的槽口，并且优选地是矩形槽口。槽口优选地相对较短，并且沿着平行线布置在辐射层中，每条线包括多个槽口。然而，也可以使用更长的槽口，比如在辐射层的几乎整个宽度上延伸的槽口。代替辐射层中的上述槽口，也可以使用其他辐射元件，比如辐射片等。根据一系列实施例，辐射元件是蝶形天线。蝶形天线非常高效，生产成本也很低廉。蝶形天线从例如同一申请人的WO14/062112、WO17/086853和WO17/086855中是本身已知的，并且所述文档中的每一个均通过引用以其整体并入本文。该馈电层可以是间隙波导层，该间隙波导层包括用于在该PCB的馈源与这些辐射元件之间传输RF信号的间隙波导。如上所述，这样的间隙波导尤其从同一申请人的WO10/003808、WO13/189919、WO15/172948、WO16/058627、WO16/116126和WO17/050817中是本身已知的，并且所述文档中的每一个均通过引用以其整体并入本文。在馈电层中使用间隙波导提供了另外惊人的优点。间隙波导实现了低损耗与非常低的制造成本的组合。在此，安装在PCB上的电子器件可以例如从槽口中的开口端微带线联接至间隙波导。因此，该PCB的馈源可以是与该间隙波导层中的相应开口连接的通孔，该PCB的通孔由该PCB的第一侧上的微带线进行馈送。然后，通过先前讨论的具有突出柱的基底层实现了非常高效的联接，这有效地迫使场进入槽中，从而避免了其他解决方案需要使用的、非常占用空间的四分之一波长短路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相控阵天线，包括：/n基底层，该基底层包括具有多个突出柱的基板，所述柱用于阻止波沿所述基底层传播；/n印刷电路板(PCB)，该印刷电路板布置在所述基底层上，并且在该PCB的面向该基底层和这些突出柱的第一侧上包括至少一个相控阵射频(RF)集成电路(IC)，该PCB进一步包括用于将RF信号从该(这些)相控阵RFIC传输到该PCB的相反第二侧的馈源；/n辐射层，该辐射层包括用于从该相控阵天线发射和/或接收RF信号的多个辐射元件；以及/n馈电层，该馈电层用于传输RF信号，并且布置在该PCB的第二侧上的馈源与该辐射层的辐射元件之间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170925 EP 17192899.71.一种相控阵天线，包括：
基底层，该基底层包括具有多个突出柱的基板，所述柱用于阻止波沿所述基底层传播；
印刷电路板(PCB)，该印刷电路板布置在所述基底层上，并且在该PCB的面向该基底层和这些突出柱的第一侧上包括至少一个相控阵射频(RF)集成电路(IC)，该PCB进一步包括用于将RF信号从该(这些)相控阵RFIC传输到该PCB的相反第二侧的馈源；
辐射层，该辐射层包括用于从该相控阵天线发射和/或接收RF信号的多个辐射元件；以及
馈电层，该馈电层用于传输RF信号，并且布置在该PCB的第二侧上的馈源与该辐射层的辐射元件之间。


2.如权利要求1所述的相控阵天线，其中，这些辐射元件是延伸穿过该辐射层的槽口，并且优选地是矩形槽口。


3.如权利要求1所述的相控阵天线，其中，这些辐射元件是蝶形天线。


4.如前述权利要求中任一项所述的相控阵天线，其中，该馈电层是间隙波导层，该间隙波导层包括用于在该PCB的馈源与这些辐射元件之间传输RF信号的间隙波导。


5.如权利要求4所述的相控阵天线，其中，该PCB的馈源是与该间隙波导层中的相应开口连接的通孔，该PCB的通孔由该PCB的第一侧上的微带线进行馈送。


6.如权利要求4或5所述的相控阵天线，其中，该间隙波导层包括由突出柱围绕的脊状馈电结构，这些突出柱被布置成阻止波沿除了所述脊...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，托马斯·埃马努埃尔松，阿什拉夫·乌兹扎曼，
申请(专利权)人：加普韦夫斯公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE