本發(fā)明涉及微波毫米波電路與系統(tǒng)技術(shù)，具體涉及一種基于介質(zhì)集成懸置線的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

汽車防撞雷達可以使汽車駕駛?cè)藛T及時了解周圍車輛的距離和速度，并在關(guān)鍵時刻向司機報警，從而避免事故的發(fā)生。汽車防撞雷達中的一個關(guān)鍵部件是天線饋電網(wǎng)絡(luò)，主要用于波束形成。巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)是一種無源的波束形成網(wǎng)絡(luò)，相比較有源的移相電路，具有損耗小的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的板級的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)通常采用微帶或帶線的結(jié)構(gòu)，其中所用到的耦合器也一般采用分支線耦合器或者耦合線耦合器的拓撲，但是當(dāng)頻率較高時(比如對于24ghz汽車防撞雷達頻段)，導(dǎo)波波長和物理尺寸相比擬，導(dǎo)致電路版圖布局變得困難。于此同時，電路損耗問題在高頻時也變得較為凸顯。對于貼片結(jié)構(gòu)的耦合器，由于這類耦合器通常具有較大的金屬面積和電路尺寸，在高頻時具有金屬損耗小、易加工的優(yōu)勢。但是其輻射損耗和介質(zhì)損耗在高頻時較大，從而使得其構(gòu)成的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)也具有較大的損耗。

綜上所述，本申請發(fā)明人在實現(xiàn)本申請發(fā)明技術(shù)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問題：

在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)存在電路版圖布局困難，損耗較大的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于介質(zhì)集成懸置線的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)存在電路版圖布局困難，損耗較大的技術(shù)問題，實現(xiàn)了基于介質(zhì)集成懸置線的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)損耗較低，易于集成的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N基于介質(zhì)集成懸置線的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括：

巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)集成懸置線，巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)封裝固定在介質(zhì)集成懸置線的空腔中，巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)的部件與介質(zhì)集成懸置線的空腔一一對應(yīng)。

其中，介質(zhì)集成懸置線包括：從上到下排列的五層介質(zhì)基板，每層介質(zhì)基板正面和背面均設(shè)有電路板，其中，對第2-4層介質(zhì)基板分別進行挖槽鏤空處理，挖槽的數(shù)量與巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)的部件數(shù)量匹配，鏤空槽與上下電路板形成空腔。

其中，介質(zhì)集成懸置線的空腔分布形狀與巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)的部件分布形狀匹配。

其中，介質(zhì)集成懸置線的空腔數(shù)量與巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)的部件數(shù)量相等。

其中，空腔與空腔之間采用金屬化通孔進行隔離。因此器件與器件之間可以實現(xiàn)相互隔離，互不影響，使得整個電路系統(tǒng)的設(shè)計變得更加靈活和高效。

其中，所述巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)為4乘4的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)，所述巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)包括：4個正交耦合器、2個交叉結(jié)、2個45度的移相器、2個0度的移相器。

其中，所述巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)包括：4個輸入端口1-4和4個輸出端口5-8，其中，正交耦合器的四個端口分別為輸入端，耦合器，直通端和隔離端。移相器的兩個端口一個為輸入(輸出)，一個為輸出(輸入)。交叉結(jié)的四個端分別為輸入端，直通端，以及2個隔離端。正交耦合器的耦合端與移相器的一個端口連接，正交耦合器的直通端與交叉結(jié)的輸入端連接，正交耦合器的輸入端和隔離端分別作為巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)的輸入端口1和輸入端口2。其他連接方式類似。

其中，五層介質(zhì)基板substrate1-substrate5為：substrate1:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4；substrate2:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4；substrate3:rogers5880材料，板厚0.25mm，介電常數(shù)2.2；substrate4:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4；substrate5:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4，巴特勒矩陣的中心頻率25.45ghz,帶寬為24.5ghz-26.5ghz。介質(zhì)基板的也可以采用其他材料和其他厚度的介質(zhì)基板，此處僅僅是一個樣例。

本申請還提供了一種天線饋電網(wǎng)絡(luò)，所述天線饋電網(wǎng)絡(luò)采用上述基于介質(zhì)集成懸置線的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與天線連接。

本申請還提供了一種汽車防撞雷達，汽車防撞雷達的天線饋電網(wǎng)絡(luò)部件為上述的天線饋電網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明提供的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)，可以應(yīng)用在24ghz汽車防撞雷達系統(tǒng)。該巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)基于介質(zhì)集成懸置線(sisl)的平臺，采用貼片結(jié)構(gòu)的耦合器和交叉結(jié)，利用sisl的自封裝特性，并采取切除介質(zhì)和雙層金屬走線的，可以分別有效減小電路的輻射損耗、介質(zhì)損耗和金屬損耗，從而實現(xiàn)低損耗巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。與此同時，基于sisl的平臺，可以實現(xiàn)較高的集成度，易于與天線、有源電路以及其他平面電路集成。采用標(biāo)準(zhǔn)的印制電路板加工工藝，加工成本低。

本申請?zhí)峁┑囊粋€或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：

1)自封裝?；诮橘|(zhì)集成懸置線的平臺，所有的電路模塊包括耦合器、交叉結(jié)、移相器都封裝在多層板內(nèi)部，實現(xiàn)自封裝的性能。

2)低損耗。分別利用自封裝性能、雙層金屬布線、挖除介質(zhì)的方法，減小了輻射損耗、金屬損耗、介質(zhì)損耗，進而實現(xiàn)了低損耗的性能。

3)低成本。由于采用多層印制電路的加工工藝，并且不需要額外的機械加工和后期裝配，具有加工成本低廉的優(yōu)勢。

4)高集成度。采用了“蜂窩”的概念結(jié)構(gòu)，將所有的電路模塊分別分配一個獨立的空腔腔體結(jié)構(gòu)，各個腔體結(jié)構(gòu)采用一排或多排金屬化通孔進行隔離，從而使得電路模塊之間可以實現(xiàn)互相隔離，使得整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計更加靈活高效。另外，與天線以及其他平面的電路也易于集成。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定；

圖1是4乘4巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)及其天線波束圖；

圖2是sisl巴特勒矩陣橫截面圖；

圖3是sisl巴特勒矩陣三維結(jié)構(gòu)圖及每層圖形；

圖4是sisl巴特勒矩陣的第三層介質(zhì)基板的形狀示意圖；

圖5是sisl巴特勒矩陣的平面視圖；

圖6是加上過渡結(jié)構(gòu)的sisl巴特勒矩陣平面視圖；

圖7是sisl巴特勒矩陣的測試散射參數(shù)示意圖；

圖8是sisl巴特勒矩陣的測試相位信息示意圖；

圖9是sisl巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)與sisl天線的集成示意圖；

圖10是sisl巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)與sisl天線集成后的天線輻射方向示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種基于介質(zhì)集成懸置線的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)存在電路版圖布局困難，損耗較大的技術(shù)問題，實現(xiàn)了基于介質(zhì)集成懸置線的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)損耗較低，易于集成的技術(shù)效果。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在相互不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內(nèi)的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。

巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)是一種n乘n的多端口網(wǎng)絡(luò)，有n個輸入端口，n個輸出端口。一個4乘4的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)由4個正交耦合器(coupler)，2個交叉結(jié)(crossover)，2個45度的移相器，以及2個0度的移相器構(gòu)成，如圖1所示。其中2個0度的移相器主要用來補償在實際電路中交叉結(jié)所產(chǎn)生的相位延遲。輸出端口5到輸出端口8分別接天線，當(dāng)輸入端口1到端口4分別激勵時，將產(chǎn)生4個不同方向的波束，如圖1所示。

最終，該巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)在sisl的平臺上進行了實現(xiàn)。sisl結(jié)構(gòu)由五層雙面pcb構(gòu)成，包括五層介質(zhì)基板substrate1到substrate5，十層電路板g1到g10。第二層和第四層介質(zhì)基板進行挖槽鏤空，其中每一層介質(zhì)基板共挖除10個槽，主體電路部分位于第三層介質(zhì)基板，第三層介質(zhì)基板也進行一定形狀的挖除鏤空。sisl巴特勒矩陣的橫截面視圖如圖2所示。其三維多層分解圖，以及五層介質(zhì)基板和十層金屬層的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從圖3中可以看出，該sisl巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)采用“蜂窩”的概念，即每一個器件分配一個單獨的空氣腔體結(jié)構(gòu)，空腔與空腔之間采用一排金屬化通孔進行隔離，如圖2所示，因此器件與器件之間可以實現(xiàn)相互隔離，互不影響，使得整個電路系統(tǒng)的設(shè)計變得更加靈活和高效。

耦合器和交叉結(jié)都采用的是貼片形狀的結(jié)構(gòu)，移相器采用的是彎曲線的結(jié)構(gòu)。

為了減小電路的損耗，我們分別從輻射損耗、導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗三個方面進行。

1)減小輻射損耗。采用介質(zhì)集成懸置線自封裝的形式，幾乎所有的電磁場能量都被限制在空腔內(nèi)部，所以內(nèi)部電路的輻射損耗可以得到減小。

2)減小導(dǎo)體損耗。采用雙層金屬層，并用金屬化通孔進行連接，可以增大金屬的等效橫截面積，從而減小金屬損耗。

3)減小介質(zhì)損耗。除了第二層介質(zhì)基板和第四層介質(zhì)基板進行挖空之外，第三層介質(zhì)基板也進行了挖槽處理，并且同時保證必要的介質(zhì)連接和機械支撐。詳見圖4，圖4為第三層介質(zhì)基板的形狀。圖5為sisl巴特勒矩陣的平面視圖。

最后，所實現(xiàn)的巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)和天線統(tǒng)一在介質(zhì)集成懸置線的平臺上進行了一體化加工和實現(xiàn)。

該設(shè)計具有的優(yōu)勢如下：

1)自封裝?；诮橘|(zhì)集成懸置線的平臺，所有的電路模塊包括耦合器、交叉結(jié)、移相器都封裝在多層板內(nèi)部，實現(xiàn)自封裝的性能。

2)低損耗。分別利用自封裝性能、雙層金屬布線、挖除介質(zhì)的方法，減小了輻射損耗、金屬損耗、介質(zhì)損耗，進而實現(xiàn)了低損耗的性能。

3)低成本。由于采用多層印制電路的加工工藝，并且不需要額外的機械加工和后期裝配，具有加工成本低廉的優(yōu)勢。

4)高集成度。采用了“蜂窩”的概念結(jié)構(gòu)，將所有的電路模塊分別分配一個獨立的空腔腔體結(jié)構(gòu)，各個腔體結(jié)構(gòu)采用一排或多排金屬化通孔進行隔離，從而使得電路模塊之間可以實現(xiàn)互相隔離，使得整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計更加靈活高效。另外，與天線以及其他平面的電路也易于集成。

實施例一：五層介質(zhì)基板選為：

substrate1:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4

substrate2:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4

substrate3:rogers5880材料，板厚0.25mm，介電常數(shù)2.2

substrate4:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4

substrate5:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4

巴特勒矩陣的設(shè)計頻段為：中心頻率25.45ghz,帶寬為24.5ghz-26.5ghz。

g1到g10為十層金屬層?？梢苑筱~或者鍍金。

耦合器和交叉結(jié)都采用的是貼片形狀的結(jié)構(gòu)，移相器采用的是彎曲線的結(jié)構(gòu)。為了減小電路的損耗，我們分別從輻射損耗、導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗三個方面進行。如橫截面視圖所示，所有的空腔之間都采用至少一排金屬化通孔進行隔離，因此電路模塊與電路模塊之間可以有很好的隔離作用，使得整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計更加靈活高效合理。最后加上過渡部分已進行測試，如圖6所示。，采用多層pcb的加工工藝，進行了一體化加工，(s-parameters:散射參數(shù))(s11,s21….s81:端口1輸入時的散射參數(shù))(frequency：頻率)(ghz：千兆赫茲)，測試結(jié)果如圖7和圖8所示，(frequency：頻率)(ghz：千兆赫茲)phasedifference(degree):相位差(角度)；phase(61-51),端口1輸入時，端口6和端口5的相位差；phase(62-52),端口2輸入時，端口6和端口5的相位差；phase(63-53),端口3輸入時，端口6和端口5的相位差；phase(64-54),端口4輸入時，端口6和端口5的相位差；phase(71-61),端口1輸入時，端口7和端口6的相位差；phase(72-62),端口2輸入時，端口7和端口6的相位差；phase(73-63),端口3輸入時，端口7和端口6的相位差；phase(74-64),端口4輸入時，端口7和端口6的相位差；phase(81-71),端口1輸入時，端口8和端口7的相位差；phase(82-72),端口2輸入時，端口8和端口7的相位差；phase(83-73),端口3輸入時，端口8和端口7的相位差；phase(84-74),端口4輸入時，端口8和端口7的相位差；在24.5ghz到26.5ghz的頻率范圍內(nèi)，所測得插損為1.1db，輸出相位誤差小于8度。

實施例2

五層介質(zhì)基板選為：

substrate1:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4

substrate2:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4

substrate3:rogers5880材料，板厚0.25mm，介電常數(shù)2.2

substrate4:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4

substrate5:fr4材料，厚度0.6mm,介電常數(shù)4.4

巴特勒矩陣的設(shè)計頻段為：中心頻率25.45ghz,帶寬為24.5ghz-26.5ghz。

耦合器和交叉結(jié)都采用的是貼片形狀的結(jié)構(gòu)，移相器采用的是彎曲線的結(jié)構(gòu)。天線同樣也在sisl的平臺上進行了實現(xiàn)。為了減小電路的損耗，我們分別從輻射損耗、導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗三個方面進行。最后加上過渡部分已進行測試，如圖9所示。對于巴特勒矩陣網(wǎng)絡(luò)與天線的集成，共有14個空氣腔體部分。

仿真的天線掃描角范圍為正負47度，如圖10所示，gain(db)：增益(分貝)；port1-4:端口1到4分別激勵時；angle(degree)：掃描角(角度)。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。