CN111430939A - 相控阵天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线技术领域，提供了一种相控阵天线阵列。所述相控阵天线阵列包括印刷电路板和多个LTCC贴片天线，每一LTCC贴片天线分别通过表面贴装技术安装在所述印刷电路板上，并与所述印刷电路板上的射频电路电连接。所述LTCC贴片天线包括多个LTCC基板、上层贴片、下层贴片和馈电部。本发明简化了印刷电路板的设计要求，更具成本效益，避免了射频前端组件传递的热量导致印刷电路板出现不均匀的热膨胀，降低印刷电路板翘曲的风险；利于检测和校准印刷电路板的射频电路。

Description

相控阵天线阵列
技术领域
本发明涉及无线技术领域，尤其涉及一种相控阵天线阵列。
背景技术
现有技术中，相控阵天线阵列是在主印刷电路板上蚀刻相控阵天线，主印刷电路板通常为印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)，相控阵天线固定在PCB板内部，导致PCB板过厚、分层不均匀以及设计复杂，另外，这种设计不利于对相控阵天线进行校准，以及进行射频(Radio Frequency，RF)电路校验，同时，PCB板需要更复杂的通孔结构，制成成本高。同时，在操作过程中，当射频前端组件产生的大量热量转移到PCB板上时，不均匀的分层可能会由于不均匀的热膨胀而导致PCB板翘曲。
发明内容
本发明提供的一种相控阵天线阵列，其目的是基于LTCC设置LTCC贴片天线，将LTCC贴片天线从相控阵天线阵列中分离出来独立设置，简化了印刷电路板的要求，更具成本效益，同时，优化和避免了射频前端组件传递的热量导致印刷电路板出现任何不均匀的热膨胀，降低印刷电路板翘曲的风险。
本发明提供一种相控阵天线阵列，所述相控阵天线阵列包括印刷电路板和多个间隔设置的低温共烧陶瓷(Low-temperature co-fired ceramic，LTCC)贴片天线，每一LTCC贴片天线分别通过表面贴装技术安装在所述印刷电路板上，并与所述印刷电路板上的射频电路电连接。
优选地，所述LTCC贴片天线包括多个LTCC基板、上层贴片、下层贴片和馈电部，所述馈电部与所述下层贴片连接以提供馈电，所述上层贴片间隔设置于所述下层贴片远离所述馈电部的一层，并与所述下层贴片耦合，所述上层贴片设于所述LTCC基板表面并嵌入所述LTCC基板，所述下层贴片设于所述LTCC基板内部对应于所述上层贴片的投影位置，所述馈电部穿过所述LTCC基板并外露于所述LTCC基板外以与所述射频电路电连接。
LTCC贴片天线优选地，所述相控阵天线阵列工作于毫米波段，两个相邻的LTCC贴片天线之间的间距为4-6mm。
优选地，所述上层贴片为E字形状。
优选地，所述LTCC基板厚度为0.7mm-0.8mm。
优选地，所述射频电路印刷于所述印刷电路板。
优选地，所述馈电部为同轴馈电结构。
优选地，所述相控阵天线阵列采用2×2阵列、4×4阵列或者8×8阵列中的任意一种。
与现有技术相比，本发明提供的相控阵天线阵列包括了印刷电路板和独立于印刷电路板的LTCC贴片天线阵列，相比于传统的装贴片天线印刷于印刷电路板的方案，简化了印刷电路板的设计要求，更具成本效益；避免了射频前端组件传递的热量导致印刷电路板出现不均匀的热膨胀，降低印刷电路板翘曲的风险；利于检测和校准印刷电路板的射频电路。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的8×8相控阵天线阵列的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的单个LTCC贴片天线的结构示意图；
图3为图2中的A-A剖面的结构示意图；
图4为本发明实施例一提供的8×8相控阵天线阵列的平面示意图；
图5为图1中的B-B剖面的结构示意图；
图6为本发明实施例一提供的单个LTCC贴片天线的回波损耗图；
图7为本发明实施例一提供的单个LTCC贴片天线的增益图；
图8为本发明实施例一提供的单个LTCC贴片天线的效率图；
图9为本发明实施例一提供的单个LTCC贴片天线的3D增益方向图；
图10为本发明实施例一提供的单个LTCC贴片天线在Phi＝0°平面内的2D增益方向图；
图11为本发明实施例一提供的单个LTCC贴片天线在Phi＝90°平面内的2D增益方向图；
图12为本发明实施例一提供的8×8相控阵天线阵列的3D增益方向图；
图13为本发明实施例一提供的8×8相控阵天线阵列的增益曲线图；
图14为本发明实施例一提供的8×8相控阵天线阵列在Phi＝0°平面内的2D增益方向图；
图15为本发明实施例一提供的8×8相控阵天线阵列在Phi＝90°平面内的2D增益方向图；
图16为本发明实施例一提供的8×8相控阵天线阵列在Phi＝0°平面内的不同扫描角度的2D增益方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请一并参照图1、图2和图3，本发明提供一种相控阵天线阵列100，所述相控阵天线阵列100包括印刷电路板1和多个间隔设置的LTCC贴片天线2，每一所述LTCC贴片天线2分别通过表面贴装技术安装在所述印刷电路板1上，并与所述印刷电路板1上的射频电路电连接。所述LTCC贴片天线2包括多个LTCC基板21、上层贴片22、下层贴片23和馈电部24，所述馈电部24与所述下层贴片23连接以提供馈电，所述上层贴片22间隔设置于所述下层贴片23远离所述馈电部24的一层，并与所述下层贴片23耦合，所述上层贴片22设于所述LTCC基板21表面并嵌入所述LTCC基板21，所述下层贴片23设于所述LTCC基板21内部对应于所述上层贴片22的投影位置，所述馈电部24穿过所述LTCC基板21并外露于所述LTCC基板21外以与所述射频电路电连接。
所述多个LTCC基板21独立设置，每个所述多个LTCC基板21与所述LTCC贴片天线2分别一一对应。具体地，在本实施例中，所述LTCC基板21为杜邦9kV7板，厚度a为0.7798mm，所述上层贴片22为E字形状，所述上层贴片22与印刷电路板1的间隔距离同样为a＝0.7798mm，下层贴片23与印刷电路板1的间隔距离b为0.2228mm。
请一并参见图1和图4，所述相控阵天线阵列工作于毫米波段，两个相邻LTCC贴片天线之间的间距为4-6mm。具体地，在8×8的相控阵天线阵列100中，相邻的LTCC贴片天线间隔距离分别为dx＝5.5mm，dy＝5.5mm。
请一并参见图1和图5，每个LTCC贴片天线2都包括一个单独的LTCC基板21，具体在本实施例中，所述LTCC基板21通过表面贴装技术安装在所述印刷电路板1上，并与所述印刷电路板1上的射频电路11电连接。因此，每个LTCC贴片天线2都可以在安装前进行相控阵天线进行校准，以及进行射频(Radio Frequency，RF)电路校验，同时，通过将LTCC贴片天线2独立设置，对印刷电路板1的要求降低，不需要在印刷电路板1上进行复杂的通孔设计；同时，由于单个LTCC贴片天线2是单独分离的，即便热量从射频RF前端组件传递到印刷电路板1上，印刷电路板1产生的翘曲影响降低至最低。
优选地，所述相控阵天线采用2×2阵列、4×4阵列或者8×8阵列中的任意一种。其他所述相控阵天线阵列与本实施例技术方案相同，不再赘述。
请参照图6-11，单个LTCC贴片天线在26GHz左右具有良好的性能。
请参照图12-15，8×8相控阵天线阵列在26GHz左右具有良好的性能。
通过在每个LTCC贴片天线之间设置合适的相移，可以控制26GHz 8×8相控阵天线阵列以指向所需方向。图16为26GHz 8×8相控阵天线阵列在扫描角分别为0°、15°、30°、45°和60°时的2D增益方向图(Phi＝0°平面内)。类似地，天线波束也可以通过-15°，-30°，-45°和-60°转向，而2D增益方向图(Phi＝0°平面内)是镜像的。
与现有技术相比，本发明通过提出一种基于LTCC的相控阵天线组成的相控阵天线阵列，将相控阵天线从相控阵天线阵列中分离出来独立设置，简化了印刷电路板的设计要求，更具成本效益，避免了射频前端组件传递的热量导致印刷电路板出现不均匀的热膨胀，降低印刷电路板翘曲的风险；利于检测和校准印刷电路板的射频电路。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种相控阵天线阵列，其特征在于，所述相控阵天线阵列包括印刷电路板和多个间隔设置的低温共烧陶瓷(Low-temperature co-fired ceramic，LTCC)贴片天线，每一LTCC贴片天线分别通过表面贴装技术安装在所述印刷电路板上，并与所述印刷电路板上的射频电路电连接。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线阵列，其特征在于，所述LTCC贴片天线包括LTCC基板、上层贴片、下层贴片和馈电部，所述馈电部与所述下层贴片连接以提供馈电，所述上层贴片间隔设置于所述下层贴片远离所述馈电部的一层，并与所述下层贴片耦合，所述上层贴片设于所述LTCC基板表面并嵌入所述LTCC基板，所述下层贴片设于所述LTCC基板内部对应于所述上层贴片的投影位置，所述馈电部穿过所述LTCC基板并外露于所述LTCC基板外以与所述射频电路电连接。
3.根据权利要求1或2所述的相控阵天线阵列，其特征在于，所述相控阵天线阵列工作于毫米波段，两个相邻的LTCC贴片天线之间的间距为4-6mm。
4.根据权利要求2所述的相控阵天线阵列，其特征在于，所述上层贴片为E字形状。
5.根据权利要求2所述的相控天线阵列，其特征在于，所述LTCC基板厚度为0.7mm-0.8mm。
6.根据权利要求2所述的相控天线阵列，其特征在于，所述射频电路印刷于所述印刷电路板。
7.根据权利要求2所述的相控阵天线阵列，其特征在于，所述馈电部为同轴馈电结构。
8.根据权利要求1所述的相控阵天线阵列，其特征在于，所述相控阵天线阵列采用2×2阵列、4×4阵列或者8×8阵列中的任意一种。
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