基于一种或多种超材料结构的天线阵列制造技术

一种天线阵列，该天线阵列具有分层结构，包括：基层，该基层具有超材料结构；印刷电路板(PCB)层；馈电层，该馈电层被布置在该PCB的与(多个)RF IC相反的一侧；以及辐射层，该辐射层被布置在该馈电层上，该辐射层包括多个辐射元件，其中，该超材料结构被布置为衰减一定频带中的在至少两个相邻波导之间传播的电磁辐射。中的在至少两个相邻波导之间传播的电磁辐射。中的在至少两个相邻波导之间传播的电磁辐射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于一种或多种超材料结构的天线阵列


[0001]本披露涉及天线阵列，特别是相控阵列天线和波束控制天线。该天线阵列适合用在例如电信和雷达收发器中。

技术介绍

[0002]相控阵列天线经常用在雷达系统(例如汽车雷达应用)中、以及用在电信中。天线阵列的设计通常由于需要考虑损耗而受到阻碍，损耗例如呈从波导泄漏的电磁辐射的形式。
[0003]相控阵列天线中的天线元件通常被设计成间隔开等于或大于工作频率下的电磁辐射的二分之一波长的距离。因此，当工作频率增加时，由于波长减小，可以将天线阵列制作得更小。这有许多优点，在空间受限的应用(例如汽车通信和传感器天线)中尤其如此。然而，减小的尺寸也增大了不同阵列元件之间由于例如电磁波沿天线阵列的传播而相互影响的风险。这种风险也必须加以管理。
[0004]US 8,803,638 B2披露了一种波导布置，其中使用突出柱来阻止电磁波在不希望的方向上的传播。
[0005]然而，仍然需要一种具有降低的损耗的改进的天线阵列。

技术实现思路

[0006]本披露的目的是提供一种紧凑的低损耗天线阵列。
[0007]该目的是通过用于在一定频带中操作的天线阵列来实现的。该天线阵列具有分层结构，包括基层，该基层具有超材料结构，其中，该超材料结构被布置为衰减该频带中的沿所述基层传播的电磁辐射。该天线阵列还包括印刷电路板(PCB)层，该印刷电路板层被布置在该基层的顶部上，并且包括布置在该PCB的面向该基层的一侧上的至少一个射频(RF)集成电路(IC)。该PCB进一步包括用于将RF信号从该(这些)RF IC传递到该PCB的相反侧的一个或多个馈源。
[0008]另外，该天线阵列包括布置在该PCB的与该一个或多个RF IC相反的一侧上的馈电层。该馈电层包括布置在该馈电层的远离该PCB的一侧上的至少一个波导，每个这样的波导包括脊，电磁波沿脊传导，并且每个这样的波导还包括一个或多个超材料结构。超材料结构被布置为衰减该频带中的在除了沿波导以外的其他方向上传播的电磁辐射。例如，超材料结构可以被配置为衰减相邻波导之间的传播，从而减轻泄漏。该天线阵列还包括布置在馈电层上的辐射层，该辐射层包括用于发射和/或接收RF信号的多个辐射元件。
[0009]所描述的天线阵列是紧凑的，但由于存在衰减不希望的方向上传播的电磁辐射的超材料结构，仍能保持低损耗。例如，在馈电层中放置超材料使相邻波导之间的相互影响最小化，从而使相邻天线元件之间的相互影响最小化。这样的相互影响可能会导致信号质量的降级。如果没有超材料结构，则需要在波导之间有更大的间距来保持信号质量。
[0010]有利地，不需要除了超材料结构之外的屏蔽元件，这简化了设计。此外，不需要高
级连接器，比如高精度同轴电缆连接器，这是一个优点。
[0011]根据各方面，该天线阵列中的超材料结构可以包括至少两种元件类型，该第一类型的元件包括导电材料，并且该第二类型的元件包括电绝缘材料，该第一类型的元件与该第二类型的元件交错，该第一类型的元件和该第二类型的元件的物理尺寸小于该频带中的电磁辐射的波长，使得该频带中的电磁辐射被该超材料结构衰减。
[0012]已经观察到，这种类型的超材料会导致一定频带中的电磁辐射的衰减(该频带也称为该材料的电磁带隙)，同时该超材料是紧凑且易于制造的。
[0013]例如，存在不同方式可以实现例如馈电层上的超材料结构。
[0014]根据一些方面，该第一类型的元件可以包括突出特征，并且该第二类型的元件被配置为占据突出特征之间的空间。占据突出特征之间空间的元件可以包括真空或空气、比如聚四氟乙烯(PTFE)的介电材料、或比如塑料或印刷电路板(PCB)材料(如FR
‑
4玻璃环氧树脂)的某种其他绝缘材料。这些突出特征可以包括例如导电材料柱，比如金属柱、金属化塑料或PTFE柱、或者由某些导电聚合材料(比如本征导电聚合物(ICP))制成的柱。
[0015]根据其他方面，该第一类型的元件可以包括导电材料，该导电材料包括多个空腔，并且该第二类型的元件被配置为至少部分地占据所述空腔。该第一类型的元件和该第二类型的元件可以以由平移对称、旋转对称或滑动对称中的任何一种表征的模式、或者周期性、准周期性或不规则的模式布置。再次，占据空腔的元件可以包括真空或空气、比如聚四氟乙烯(PTFE)的介电材料、或比如PCB材料(如FR
‑
4玻璃环氧树脂)的某种其他绝缘材料。该第一类型的元件可以由一体形成的元件配置，或可以作为分开的元件配置。该第一类型的元件可以包括金属元件、金属化塑料或PTFE元件、以及由导电材料制成的元件中的任何一种，该导电材料例如是比如本征导电聚合物的某种导电聚合材料。
[0016]根据各方面，该天线阵列还包括布置在该PCB与该馈电层之间的滤波器层。可选地，该滤波器层包括至少两个彼此相邻布置的波导。该滤波器层中的波导可以包括一个或多个超材料结构，这些超材料结构被布置为衰减该频带中的在该至少两个相邻波导之间传播的电磁辐射。
[0017]有利地，超材料结构将降低该滤波器层中的损耗，并阻止相邻波导中的RF信号之间的干扰。
[0018]根据各方面，该滤波器层可以被布置为衰减干扰信号，或降低该信号中的噪声。
[0019]根据各方面，该辐射层的辐射元件是延伸穿过该辐射层的槽口、优选地是矩形槽口。
[0020]根据各方面，该辐射层的辐射元件是蝶形天线。有利地，蝶形天线易于制造。
[0021]根据各方面，该辐射层的辐射元件是磁电偶极天线。有利地，磁电偶极天线易于制造，并且在呈现宽带宽的同时呈现低损耗。
[0022]根据各个方面，该PCB上的馈源是通孔，该通孔连接到该馈电层中的对应开口，或者如果存在滤波器层，则连接到该滤波器层中的对应开口，该PCB的通孔由微带线进行馈电。
附图说明
[0023]现在将参考附图更详细地描述本披露，在附图中：
[0024]图1是展示了根据本披露的天线阵列的图；
[0025]图2是展示了超材料结构的图；
[0026]图3是展示了另一种超材料结构的图；
[0027]图4是展示了第三种超材料结构的图；
[0028]图5是展示了四种类型的超材料元件布置的图；
[0029]图6是展示了根据本披露的具有滤波器层的天线阵列的图；
[0030]图7A、图7B和图7C展示了示例磁电偶极天线的不同角度；
[0031]图8A、图8B和图8C展示了用于磁电偶极天线的示例馈电层的一部分的不同角度；
[0032]图9A和图9B展示了不同的示例磁电偶极天线；
[0033]图10展示了示例磁电偶极天线；
[0034]图11A、图11B和图11C展示了示例磁电偶极天线阵列的不同角度。
具体实施方式
[0035]现在将参考附图在下文中更全面地描述本专利技术构思，在附图中示出了本专利技术构思的特定实施例。然而，本专利技术构思可以通过许多不同的形式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在一定频带中操作的天线阵列(100)，该天线阵列具有分层配置，包括：基层(110)，该基层具有超材料结构，该超材料结构被布置为衰减该频带中的沿所述基层传播的电磁辐射；印刷电路板(PCB)层(120)，该PCB层被布置在该基层(110)的顶部上，并且包括被布置在该PCB层(120)的面向该基层(110)的一侧上的至少一个射频(RF)集成电路(IC)，该PCB层(120)进一步包括用于将RF信号从该(这些)RFIC传递到该PCB层(120)的相反侧的一个或多个馈源(121)；至少一个馈电层(130)，该至少一个馈电层被布置在该PCB层(120)的与该(这些)RFIC相反的一侧，该馈电层在该馈电层的远离该PCB层(120)的一侧上包括至少一个波导，每个波导包括脊(131)，电磁波沿该脊传导，每个波导进一步包括一个或多个超材料结构(132)，这些超材料结构被布置为衰减该频带中的在沿该波导之外的方向上传播的电磁辐射；以及辐射层(140)，该辐射层被布置在该至少一个馈电层(130)上，该辐射层包括用于发射和/或接收RF信号的多个辐射元件(141)。2.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，这些超材料结构(111，131)中的至少一个包括至少两种元件类型，该第一元件类型包括导电材料，并且该第二元件类型包括电绝缘材料，该第一类型的元件与该第二类型的元件交错，其中，该第一类型的元件和该第二类型的元件的物理尺寸小于该频带中的电磁辐射的波长，使得该频带中的电磁辐射被该超材料结构衰减。3.根据权利要求2所述的天线阵列，其中，该第一类型的元件包括突出特征(201)，并且该第二类型的元件占据这些突出特征之间的空间。4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：加普韦夫斯公司，
类型：发明
国别省市：