一種貼片天線單元及天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種貼片天線單元及天線。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在無(wú)線個(gè)人通訊系統(tǒng)中(WPAN:wireless personal area network)60GHz頻帶的應(yīng)用已引起大家的興趣，主要是因?yàn)榇蠹倚枰?GHz以上的較大的帶寬。這較大的帶寬和在毫米波的需求確實(shí)的在微波終端應(yīng)用的設(shè)計(jì)上面臨著很多的挑戰(zhàn)，一般60GHz的無(wú)線前端產(chǎn)品通常是以昂貴的砷化鎵微波集成電路來(lái)完成。要達(dá)到低價(jià)錢的目標(biāo)，有些是用硅鍺基成電路來(lái)完成，這些前端(front end)產(chǎn)品一般會(huì)將天線和管芯作在一起，也有的將天線用多個(gè)模塊包含于封裝體內(nèi)(system in Chip, system on chip)。在這60GHz的應(yīng)用，天線成了一個(gè)很重要的角色，最新的技術(shù)是可以將天線設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)介質(zhì)層基板上，運(yùn)用多管芯模塊(MCM)封裝技術(shù)，將天線與管芯同時(shí)封裝于一個(gè)封裝體內(nèi)，這樣就能將成本、尺寸縮小，又能達(dá)到通訊管芯特性規(guī)格提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，在封裝體內(nèi)實(shí)現(xiàn)60GHz天線器件的方式主要有:1.)通過(guò)多層介質(zhì)層基板，天線數(shù)組在第一層，饋線放于第二層，接地平面放置于第二或三層，實(shí)現(xiàn)無(wú)源天線器件的集成；2.)將天線設(shè)計(jì)在集成電路上，基底放置于下面，通過(guò)封裝技術(shù)直接將無(wú)源器件粘在管芯上。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，在封裝體內(nèi)基板上實(shí)現(xiàn)60GHz天線器件，這天線是使用饋線轉(zhuǎn)狹槽，為了要匹配到槽線天線，該天線用了90°槽線的轉(zhuǎn)折作實(shí)現(xiàn)，槽線饋線和饋線的輸入線是在同一直在線的，這形成了一個(gè)較小面積但可增加帶寬的設(shè)計(jì)。他被設(shè)計(jì)在叉形物的金屬載體里。不但有較好的強(qiáng)度，也容易和金屬反射器(metallie reflector)作整合設(shè)計(jì)，這天線通常是用多層的LTCC(低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic)基板作制作的。
[0005]但采用上述結(jié)構(gòu)的天線時(shí)，在很多實(shí)現(xiàn)天線封裝的過(guò)程中，天線若用縫隙饋電，天線增益將受制作工藝影響巨大，另外天線頻寬也不易控制。這種集成方式在一些大量量產(chǎn)中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)的另一種方式是用多層支撐層及貼片天線數(shù)組放在基板最上層，使用第一層與第二層介質(zhì)層間的饋線作為天線饋入用，接地平面置于第二層與第三層介質(zhì)層間。
[0007]在此現(xiàn)有技術(shù)中，由于饋電方式由第二層饋入，以回?fù)p-1OdB來(lái)看，帶寬只有約
4.6GHz，在65GHz天線回?fù)p更只有_7dB，由于天線增益較低所以才使用16個(gè)貼片天線來(lái)增加增益，這不僅讓面積變得很大，天線特性也不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種貼片天線單元及天線，用以提高天線的效率。
[0009]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種貼片天線單元，該貼片天線單元包括第一支撐層，與所述第一支撐層層疊設(shè)置的基板，設(shè)置在所述基板背離所述第一支撐層一面的第二支撐層，設(shè)置在所述第二支撐層背離所述基板一面的集成電路，其中，
[0010]所述第一支撐層上背離所述基板的一面貼附有第一輻射貼片；
[0011 ]所述基板上背離所述第二支撐層的一面貼附有第二輻射貼片，且所述第一輻射貼片與所述第二輻射貼片中心對(duì)稱；
[0012]所述第二支撐層朝向所述基板的一面設(shè)置有第一接地層，所述第一接地層上設(shè)置有耦合縫隙，所述第二支撐層背離所述基板的一面設(shè)置有通過(guò)所述耦合縫隙與所述第一輻射貼片和第二輻射貼片耦合連接的饋線；
[0013]所述集成電路分別與所述第一接地層及饋線電連接。
[0014]在上述具體技術(shù)方案中，通過(guò)使用4層基板進(jìn)行制作，第一層銅片與第二層銅片均放置天線貼片單元，第三層作接地面并從中開(kāi)了耦合縫隙，作為第四層結(jié)合集成電路及焊盤和饋線饋入用，利用第三層的耦合縫隙，可將57-66GHZ全頻段的高頻信號(hào)很有效的饋入到上兩層的天線作輻射，具體的，饋線兩端形成電磁場(chǎng)，其中的電場(chǎng)分量通過(guò)耦合縫隙，在兩層輻射貼片感應(yīng)出分布電流，分布電流形成電磁波輻射出去;并且減少了寄生影響，同時(shí)層疊結(jié)構(gòu)增加了天線有效面積，實(shí)現(xiàn)的低的寄生參數(shù)以及高的有效面積為天線帶來(lái)了高帶寬高增益的性能效果。且在制作時(shí)，無(wú)需額外的制程，只需使原始的印刷電路基板的制程程序。
[0015]考慮實(shí)際加工的情況，具體的，實(shí)際基板加工的時(shí)候需要考慮每一層的覆銅率，覆銅率較高時(shí)，擁有更佳的加工可靠性與一致性。因此，在一種可能的設(shè)計(jì)中，還包括設(shè)置在所述第一支撐層且與所述第一輻射貼片同層設(shè)置的第二接地層，所述第二接地層與所述第一輻射貼片之間具有第一間隙；且所述第二接地層與所述第一接地層電連接。即在第一支撐層上覆銅，第一輻射貼片通過(guò)刻蝕等常見(jiàn)的加工工藝在覆銅上形成。
[0016]更進(jìn)一步的，還包括設(shè)置在所述基板上且與所述第二輻射貼片同層設(shè)置的第三接地層，所述第三接地層與所述第二輻射貼片之間具有第二間隙，且所述第三接地層與所述第一接地層導(dǎo)電連接。在不同基板上設(shè)置的接地層以增加基板上的覆銅率，且在采用上述結(jié)構(gòu)還會(huì)起到以下的作用:1、實(shí)際芯片集成時(shí)可以起到改善EMC性能的作用；2、加強(qiáng)天線正向輻射特性，仿真證明帶上接地層包圍后仿真增益比沒(méi)有地銅片包圍的情況提升0.5dB。
[0017]在具體設(shè)置時(shí)，所述第一間隙和所述第二間隙的寬度均大于等于所述貼片天線單元最大工作頻率波長(zhǎng)的十分之一波長(zhǎng)。
[0018]第一接地層與集成電路導(dǎo)電連接具體是通過(guò)第四接地層連連接的，具體為:還包括設(shè)置在所述第二支撐層上且與所述饋線同層設(shè)置的第四接地層，所述第四接地層與所述饋線之間具有第三間隙，且所述第一接地層通過(guò)所述第四接地層與所述集成電路導(dǎo)電連接。通過(guò)設(shè)置的第四接地層即增加了覆銅面積，又方便了與集成電路的連接。
[0019]在具體制作過(guò)程中，所述集成電路分別通過(guò)錫球與所述第四接地層和饋線連接。具有良好的連接效果。
[0020]作為一個(gè)較佳的實(shí)施例，第一支撐層、第二支撐層及基板的覆銅率介于50?90%。[0021 ]其中的第一福射貼片與第二福射貼片之間米用中心對(duì)稱的方式排列，且第一福射貼片與第二輻射貼片的面積比例介于0.9:1?1.2:1之間。
[0022]在一個(gè)可能的設(shè)計(jì)中，所述耦合縫隙的長(zhǎng)度L的取值介于所述貼片天線單元最大功率頻率對(duì)應(yīng)的電波長(zhǎng)的三分之一波長(zhǎng)?五分之一波長(zhǎng)，所述親合縫隙的最大寬度為L(zhǎng)的0.75?I倍，所述耦合縫隙最小寬度為L(zhǎng)的0.2?0.3倍。
[0023]在一個(gè)具體的結(jié)構(gòu)中，所述耦合縫隙包括兩個(gè)平行的第一縫隙以及設(shè)置在所述兩個(gè)第一縫隙之間并將所述兩個(gè)第一縫隙連通的第二縫隙，且所述第一縫隙的長(zhǎng)度方向垂直于所述第二縫隙的長(zhǎng)度方向，所述饋線為矩形的銅片，所述饋線的長(zhǎng)度方向垂直于所述第二縫隙的長(zhǎng)度方向，且所述饋線在所述耦合縫隙所在平面上的垂直投影與所述第二縫隙交叉。
[0024]在具體選材時(shí)，所述第一支撐層、第二支撐層、基板及集成電路晶體管板均為樹脂基板。
[0025]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種天線，該天線包括饋源，與所述饋源連通的樹狀分支，且每個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)設(shè)置有功分器，位于樹狀分支的端部分支連接有上述任一項(xiàng)所述的貼片天線單元。
[0026]在上述具體技術(shù)方案中，通過(guò)使用4層基板進(jìn)行制作，第一層銅片與第二層銅片均放置天線貼片單元，第三層作接地面并從中開(kāi)了耦合縫隙，作為第四層結(jié)合集成電路及焊盤和饋線饋入用，利用第三層的耦合縫隙，可將57-66GHZ全頻段的高頻信號(hào)很有效的饋入到上兩層的天線作輻射，具體的，饋線兩端形成電磁場(chǎng)，其中的電場(chǎng)分量通過(guò)耦合縫隙，在兩層輻射貼片感應(yīng)出分布電流，分布電流形成電磁波輻射出去;并且減少了寄生影響，同時(shí)層疊結(jié)構(gòu)增加了天線有效面積，實(shí)現(xiàn)的低的寄生參數(shù)以及高的有效面積為天線帶來(lái)了高帶寬高增益的性能效果。且在制作時(shí)，無(wú)需額外的制程，只需使原始的印刷電路基板的制程程序。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例