电磁带隙结构EBG的制作方法

本公开总体上涉及射频(rf)天线，并且更具体地涉及用于减少相邻rf天线之间的耦合的电磁带隙结构(ebg)。

背景技术：

电磁带隙(ebg)结构用于阻止某些频带中的电磁波。ebg结构通常用于防止特定频带内相邻天线之间的耦合。对于在印刷电路板上制造的天线，常用的ebg结构是三维(3d)蘑菇状结构，其中板经由金属通孔连接到接地层。然而，所需数量的金属通孔的制造显著地增加了制造成本。设计在阻止某一频带内的电磁波方面具有良好的性能但制造成本较低的ebg结构将是有益的。

技术实现要素：

根据一个方面，提供了一种电磁带隙(ebg)结构，该ebg结构包括天线基板，并且至少包括被制造在天线基板的第一平面表面上的第一导电区域和第二导电区域。第一导电区域位于天线基板的第一平面表面上，并且与相邻的第一导电区域分隔开第一距离。第二导电区域也位于第一平面表面上，其中第二导电区域与第一导电区域分隔开第二距离，并且其中第二导电区域至少部分地围绕第一导电区域。

根据另一方面，提供了一种平面天线板，其包括天线基板层、顶部导电层和底部导电层。天线基板层具有第一平面表面和与该第一平面表面相对的第二平面表面。顶部导电层位于第一平面表面上，而底部导电层位于第二平面表面上。第一e波段天线被制造在顶部导电层中，其中该第一e波段天线被配置成用于接收/发射e波段频率的射频(rf)信号。第二e波段天线被制造在顶部导电层中，该第二e波段天线被配置成用于接收/发射e波段频率的rf信号，其中第二e波段天线在x-y平面上相对于第一e波段天线偏移。在顶部导电层中还制造了二维电磁带隙(ebg)结构的周期性阵列。2debg结构的周期性阵列位于第一e波段天线与第二e波段天线之间，其中每个ebg结构包括在顶部导电层中形成的多个槽，其中2debg结构的周期性阵列阻止e波段频率范围内的表面波。

附图说明

图1a-1c分别是根据一些实施例的具有二维(2d)电磁带隙(ebg)结构的天线板的透视图、俯视图和侧视图。

图2a是根据一些实施例的2debg结构的俯视图，图2b是根据一些实施例的多个2debg结构的俯视图，而图2c是沿图2a中的线2b-2b截取的截面图。

图3a是根据一些实施例的2debg结构的俯视图，图3b是根据一些实施例的多个2debg结构的俯视图，而图3c是沿图3a中的线3b-3b截取的截面图。

图4是根据一些实施例的具有2d电磁带隙(ebg)结构的天线板的俯视图。

图5是示出根据一些实施例的具有ebg结构的天线之间的、以及不具有ebg结构的天线之间的发射/接收(tx/rx)耦合的图。

具体实施方式

根据一个方面，本公开涉及一种二维电磁带隙结构(ebg)，其用于减少相邻天线元件之间的耦合。具体地，ebg用于至少包括平面天线基板层、顶部导电层和底部导电层的天线板(例如，印刷电路板)上。可以利用数种制造天线的方法。例如，在一些实施例中，经由对顶部导电层的选择性蚀刻在天线板上制造天线元件(即，辐射元件)。在其他实施例中，不是选择性地蚀刻顶部导电层以留下期望的导电图案，而是选择性地电镀期望的导电图案。在其他实施例中，可以利用各种其他公知的制造技术(包括注塑模制)来制造天线结构。ebg结构被制造在相邻天线之间的区域中，并且包括重复或周期性的ebg结构图案。ebg结构同样经由对顶部导电层的选择性蚀刻来制造。对顶部导电层进行蚀刻以制造ebg结构的工艺与对顶部导电层进行蚀刻以制造天线的工艺相同，并且因此不会给制造工艺带来实质性的额外成本。具体地，制造工艺不需要修改下面的天线基板层，同时仍然提供相邻天线之间期望的去耦。

现在参考图1a-图1c，示出了根据一些实施例的具有二维(2d)电磁带隙(ebg)结构的天线板100。天线板100包括至少一个接收天线102、至少一个发射天线104以及位于至少一个接收天线102与至少一个发射天线104之间的ebg区域105。在一些实施例中，天线板100被制造在诸如至少具有顶部导电层120、天线基板层122和底部导电层124(如图1c所示)的印刷电路板(pcb)之类的层压结构上。射频(rf)波在天线基板层122内传播，并在z方向上受到顶部导电层120和底部导电层124的约束。在顶部导电层120与底部导电层124之间延伸的多个导电通孔111在横向方向上(即，在xy平面中)约束rf波。这样，rf波导由顶部导电层120、底部导电层124和多个导电通孔111限定在天线基板层122内。由接收天线102接收到的rf信号经由波导110被发射到输出端口106。同样，在输入端口处108接收到的rf信号经由波导112被发射到发射天线104。图1a和1b中所示的天线板100被称作为开槽天线，其中通过在顶部导电层120内形成多个槽114来制造至少一个接收天线102和至少一个发射天线104。每个槽暴露与顶部导电层120相邻的天线基板层122。槽114的制造可以利用对顶部导电层120的蚀刻(去除)。在其他实施例中，除了开槽天线之外，可以在pcb上制造其他类型的天线(诸如微带天线、杆状天线等)。

在一些实施例中，天线板100可以用作雷达感测系统的一部分，在该雷达感测系统中，发射天线104传播rf信号并且接收天线102接收rf信号的反射，该rf信号的反射被用于对对象进行检测、测距和/或跟踪。在其他实施例中，天线板100可以用于多输入多输出(mimo)通信系统中，该系统利用多个发射天线和多个接收天线来提供两点之间的无线通信。例如，在mimo实施例中，不是位于天线板上的发射天线104和接收天线102，而是天线102、104可以都是接收天线和/或两者可以都是发射天线(或者两者可以都是能够发射和接收rf信号的收发器)。在一些实施例中，至少一个接收天线102和至少一个发射天线104在从大约60吉赫兹(ghz)延伸至90ghz的e波段(e-band)中操作。具体地，在一些实施例中，至少一个接收天线102和至少一个发射天线104在大约72ghz与82ghz之间的频率范围内操作，并且在一些实施例中，在76ghz与78ghz之间的频率范围内操作。ebg区域105被设计为在至少一个接收天线102和至少一个发射天线104的操作频率内创建阻带，以减小各个天线之间的耦合。在一些实施例中，阻带在e波段范围(例如，60ghz-90ghz)上操作。在其他实施例中，可以选择ebg区域105以在72ghz与82ghz之间的频率范围内提供阻带，并且在一些实施例中，在76ghz与78ghz之间的频率范围内操作。减小各个天线之间的相互耦合可以提高各个天线的性能。例如，在将天线用于雷达感测的实施例中，相应的发射天线104与接收天线102之间的减小的耦合减小了与每个天线相关联的本底噪声，从而增加了雷达感测系统的信噪比(snr)并增加了雷达感测系统的检测范围。

在一些实施例中，通过从顶部导电层120选择性地蚀刻(去除)导电材料来制造位于ebg区域105中的多个ebg结构。图1a-图1c中所示的天线板100的一个好处在于，可以将对顶部导电层120进行蚀刻以制造用于接收/发射天线的天线槽114的步骤与对顶部导电层120进行蚀刻以制造多个ebg结构的步骤同时执行。即，由于不需要额外的制造步骤，因此在ebg区域105内制造多个ebg结构的成本极低(近似为零)。如上所述，在其他实施例中，可以利用其他制造方法，诸如电镀技术和/或注塑模制技术。但是，总的来说，无论采用何种制造技术，ebg结构的2d几何形状(与同ebg结构在同一平面上的天线元件的2d几何形状相似)意味着天线元件的制造和ebg结构的制造不会增加工艺的额外(或很多额外)成本。

选择ebg结构的几何形状以防止表面波在至少一个接收天线102与至少一个发射天线104之间沿着顶部导电层120传播。例如，如参考图2a-图2c更详细地讨论的，在一些实施例中，每个ebg结构包括在顶部导电层内蚀刻出的多个槽，得到按所定义的图案定位的多个导电区域，这些导电区域经由这些蚀刻槽彼此分隔开。在图2a-图2c所示的实施例中，多个正方形导电区域被定位在ebg结构的内部，并且多个l形导电区域被定位成至少部分地围绕每个正方形导电区域。在图3a-图3c所示的另一个实施例中，ebg结构包括在导电层中蚀刻出的h形槽。

参考图2a-图2c，示出根据一些实施例的ebg结构200。图2a是单个ebg结构200的俯视图。图2b是沿图2a所示的线2b-2b截取的、ebg结构200的截面图。图2c是示出根据一些实施例的多个ebg结构200的俯视图。

在图2a所示的实施例中，ebg结构200包括第一多个导电区域202a、202b、202c和202d以及第二多个导电区域204a、204b、204c和204d，每个导电区域通过暴露出下面的天线基板206的蚀刻槽彼此分隔开。如上所述，在一些实施例中，将这些槽蚀刻到平面导电层中，从而去除导电层以暴露下面的天线基板层。这在图2b中示出的截面图中示出，在图2b中，导电区域202a和202b通过蚀刻槽彼此分隔开，在蚀刻槽中去除了导电材料以暴露出下面的天线基板层206。在图2b中同样值得指出的是，导电区域202a、202b(以及导电区域204a和204b)没有通过通孔连接到底部导电层207。

在图2a所示的实施例中，第一多个导电区域202a-202d具有由长度l2和l5限定的几何形状。在一些实施例中，长度l2和l5彼此相等，使得导电区域202a-202d是正方形的。在一些实施例中，第一多个导电区域202a-202d中的每个导电区域与相邻的导电区域202a-202d在y方向上分隔开长度l6，而在x方向上分隔开长度l9。在一些实施例中，长度l6和l9彼此相等，使得第一多个导电区域202a-202d中的每个导电区域彼此等距地定位。

在一些实施例中，第二多个导电区域204a-204d被定位成至少部分地围绕第一多个导电区域202a-202d。在一些实施例中，第二多个导电区域204a-204d是l形的。例如，导电区域204d包括垂直部分208(即，在y方向上延伸)和水平部分210(即，在x方向上延伸)。垂直部分208与导电区域202d分隔开距离l7，而水平部分210与导电区域202d分隔开距离l8。在一些实施例中，距离l7和l8彼此相等。此外，在一些实施例中，第二多个导电区域204a-204d中的每个导电区域与相邻的导电区域204a-204d在y方向上分隔开距离l3，而在x方向上分隔开距离l4。在一些实施例中，距离l3和l4彼此相等。另外，在一些实施例中，第一导电区域202c与202d之间的距离l9等于第二导电区域204c与204d之间的距离l4；并且第一导电区域202b与202d之间的距离l6等于第二导电区域204b与204d之间的距离l3。在一些实施例中，距离l3、l4、l6、l7、l8和l9近似相等。

ebg结构200的尺寸至少部分地基于期望的阻带来选择。例如，在一些实施例中，以图2a所示的距离l3、l4、l6、l7、l8和l9表示的蚀刻槽的宽度小于第一多个导电区域202a、202b、202c和202d的距离l2和l5。在一些实施例中，距离l3、l4、l5、l7、l8和l9所示的蚀刻槽的宽度大于第一多个导电区域202a、202b、202c和202d的距离l2和l4的一半。在一些实施例中，蚀刻槽的宽度在0.1与0.2mm之间，第一多个导电区域202a-202d的宽度约为0.1至0.3mm，并且ebg结构200的长度约为0.9至1.1mm。

在图2c所示的实施例中，多个ebg结构200a、200b、200c和200d被定位成彼此相邻，以提供在相邻天线之间使用的重复或周期性阵列。在该实施例中，来自相邻的ebg结构200a-200d的第二多个导电区域204形成具有由距离l10和l11限定的宽度的单个导电结构。在一些实施例中，距离l10和l11彼此相等。在一些实施例中，距离l10和l11(与组合的导电区域204相关联)与代表导电区域202的宽度的距离l2近似相同。在其他实施例中，距离l10、l11近似为距离l2的长度的一半，使得组合的导电区域204的宽度比导电区域202的宽度更窄。在其他实施例中，组合的导电区域204的宽度可以大于导电区域202的宽度(例如，距离l10、l11大于距离l2)。

在图1a和1b所示的实施例中，在接收器天线102与发射天线104之间的区域中按周期性图案利用诸如ebg结构200(如图2a-2c中所示)之类的多个ebg结构。所利用的ebg结构200的数量可以基于应用而有所不同。在图1a和1b所示的实施例中，在ebg区域105中利用了总共六行ebg结构200。在其他实施例中，在ebg区域105中可以利用更多或更少的ebg结构行。在一些实施例中，ebg区域105中周期性地包含ebg结构200起到减少相邻天线102与104之间的表面纹波的作用。如上所述，这减少了相邻天线102、104之间的耦合，并且因此提高了天线板的信噪比(snr)。在雷达感测系统中，天线板的提高的snr可以增加雷达系统的检测范围。在多输入多输出(mimo)系统中，相邻天线之间减小的表面波可以提高由多个天线(例如，天线102和104)生成的波束向量的均匀性。这减少了天线辐射模式的不相似性并且提高了天线板100的测角(angle-finding)精度。

参考图3a-图3c，示出根据一些实施例的ebg结构300。图3a是单个ebg结构300的俯视图。图3b是沿线3b-3b截取的、ebg结构300的截面图，而图3c是按周期性或重复图案制造的多个ebg结构300的俯视图。

参考图3a，ebg结构300包括导电区域302和h形槽301，该h形槽301包括第一水平槽304a、第二水平槽304b和垂直槽306。垂直槽306连接第一水平槽304a和第二水平槽304b。在一些实施例中，垂直槽306被定位成与第一水平槽304a和第二水平槽304b的每一端等距。应当理解，可以修改h形槽的取向，使得h形槽包括通过水平槽连接的第一垂直槽和第二垂直槽(即，其中ebg结构旋转90°)。如上所述，在一些实施例中，将h形槽蚀刻到平面导电层中，从而去除导电层以暴露出下面的天线基板层308。这在图3b所示的截面图中示出，在图3b中，h形槽301被蚀刻到导电层302中，其中，去除导电材料以暴露出下面的天线基板层308。如参考图2b所描述的，导电区域302不通过导电通孔连接到底部导电层309。

在一些实施例中，第一水平槽304a和第二水平槽304b的宽度由距离l12限定，并且垂直槽306的宽度由距离l13限定。在一些实施例中，距离l12和l13近似相等。第一水平槽304a与第二水平槽304b之间的距离由距离l14限定。在一些实施例中，距离l14大于槽的宽度l12和l13。在一些实施例中，ebg结构300的长度由距离l15限定，并且ebg结构300的高度由距离l16限定。在一些实施例中，距离l15大于距离l16，使得ebg结构300的形状为矩形。在一些实施例中，距离l15近似等于距离l16，使得ebg结构300的形状近似为正方形。在一些实施例中，距离l15等于0.9至1.1mm之间，并且距离l16等于0.6至0.8mm之间。在一些实施例中，槽l12和l13的宽度在0.1至0.2mm之间，并且第一水平槽304a与第二水平槽304b之间的距离l14等于0.3至0.4mm之间。

在图3c所示的实施例中，多个h形ebg结构300a、300b、300c和300d被定位成彼此相邻，以提供在相邻天线之间利用的重复或周期性阵列。在一些实施例中，如图1a和1b所示，在位于相邻天线之间的ebg区域中利用了多个ebg结构300a-300d。取决于应用，在相邻天线之间(例如，图1a和1b中所示的接收天线102与发射天线104之间)按周期性图案利用的ebg结构300的数量可以有所不同。

参照图4，示出了多输入多输出(mimo)天线板400，其利用被多个ebg区域406a、406b、406c和406d分隔开的多个天线杆404a、404b和404c。mimo天线板400可以用作多输入接收天线和/或多输出发射天线。天线板400包括多个输入/输出402a、402b和402c，每个输入/输出分别连接到相应的天线杆404a、404b和404c。由于与在使用发射天线和接收天线的实施例中参考图1a和1b讨论的相同的原因，期望减小多个天线之间的表面纹波，从而使天线彼此去耦。

在图4所示的实施例中，多个ebg区域406a、406b、406c和406d包括多个h形ebg结构(诸如图3a-3c所示的那些ebg结构)。在图4所示的实施例中，多个ebg区域406a、406b、406c和406d中的每个包括三列ebg结构。在其他实施例中，在相应天线杆404a、404b和404c中的每一个之间可以利用附加的或更少的ebg结构列。在其他实施例中，可以利用图2a-2c所示的ebg结构代替h形ebg结构。

在一些实施例中，多个ebg区域406a、406b、406c和406d减小了相邻天线杆404a、404b和404c之间的表面纹波，这提高了mimo天线生成的波束向量的均匀性。这减少了天线辐射模式的不相似性并且提高了mimo天线板400的测角精度。

参考图5，示出了示出根据一些实施例的具有ebg结构的天线之间、以及不具有ebg结构的天线之间在74ghz与82ghz之间的频带内的发射/接收(tx/rx)耦合的图。图5中所示的数据基于图1a和图1b中所示的、在具有ebg结构105和不具有ebg结构105的两种情况下的天线板100。线500示出了在不存在ebg区域105的情况下发射天线与接收天线之间的耦合。线502表示存在ebg区域105的情况下天线之间的耦合。ebg结构的存在降低了整个受监测频带(例如，74ghz-82ghz)上各个天线之间的耦合。所公开的ebg结构的益处之一在于天线板系统的相对较宽的频带。

以这种方式，所公开的发明提供了一种2debg结构，用于减少在平面天线板上制造的相邻天线(诸如开槽天线、杆状天线和微带天线)之间的耦合。2debg结构通过按重复图案在顶部导电层中蚀刻出槽来制造，而不需要修改下面的天线基板层。结果，ebg结构被定义为二维的，因为它仅需要对平面天线板的顶部导电层进行制造(例如，蚀刻)。2debg结构的制造可以与用于制造天线槽和/或天线杆的蚀刻结合执行，因此不会显著增加天线板的总体成本，同时提供e波段操作频率内天线的显著去耦。

可能实施例的讨论

以下是对本发明可能实施例的非排他性描述。

根据一个方面，一种电磁带隙(ebg)结构包括天线基板层，该天线基板层具有第一平面表面和在该第一平面表面上制造的第一导电区域和第二导电区域。第一导电区域与相邻的第一导电区域分隔开第一距离。第二导电区域与第一导电区域分隔开第二距离，并且至少部分地围绕第一导电区域。

前述段落的ebg结构可以可选地包括(附加地和/或替代地)以下特征、配置和/或附加组件中的任意一个或多个。

例如，ebg结构可包括被定位成与第一平面表面相对的(与天线基板的第二平面表面相邻的)底部导电层，其中第一导电区域和第二导电区域通过天线基板层而与底部导电层分隔开。

第一导电区域可以通过形成为暴露天线基板层的槽而彼此分隔开。同样地，第二导电区域可以通过形成为暴露天线基板层的槽而与第一导电区域分隔开并且彼此分隔开。

第二导电区域可以具有“l”形的几何形状。

第一导电区域可以具有正方形的几何形状。

第一导电区域之间的第一距离(即，第一距离)可以近似等于第一导电区域与第二导电区域之间的第二距离。

第二导电区域可以与相邻的第二导电区域分隔开第三距离。

第三距离可以等于第一距离和第二距离。

第一导电区域可以由第一宽度限定，并且第二导电区域可以由第二宽度限定，其中第二宽度可以近似等于第一宽度的一半。

根据另一方面，平面天线板包括天线基板层、顶部导电层和底部导电层。天线基板层具有第一平面表面和与该第一平面表面相对的第二平面表面。顶部导电层位于第一平面表面上，而底部导电层位于第二平面表面上。第一e波段天线被制造在顶部导电层中，其中该第一e波段天线被配置成用于接收/发射e波段频率的射频(rf)信号。第二e波段天线被制造在顶部导电层中，该第二e波段天线被配置成用于接收/发射e波段频率的rf信号，其中第二e波段天线在xy平面上相对于第一e波段天线偏移。在顶部导电层中还制造了二维电磁带隙(ebg)结构的周期性阵列。2debg结构的周期性阵列位于第一e波段天线与第二e波段天线之间，其中每个ebg结构包括在顶部导电层中形成的多个槽，其中2debg结构的周期性阵列阻止在e波段频率范围内的表面波。

前一段的平面天线板可任选地包括(附加地和/或替代地)以下特征、配置和/或附加组件中的任意一个或多个。

例如，每个ebg结构可包括导电区域，该导电区域具有形成在导电区域内部的h形槽。

h形槽可包括第一槽、第二槽和垂直于第一槽和第二槽的第三槽，其中第三槽在第一槽的中间部分与第二槽的中间部分之间延伸。

每个ebg包括位于天线基板的第一平面表面上并且与相邻的第一导电区域分隔开第一距离的第一导电区域、以及位于第一平面表面上的第二导电区域，其中，第二导电区域与第一导电区域分隔开第二距离，并且其中第二导电区域至少部分地围绕第一导电区域。

第二导电区域可以具有“l”形的几何形状。

第一导电区域可以具有正方形的几何形状。

第一距离可以近似等于第二距离。

第二导电区域可以与相邻的第二导电区域分隔开第三距离。

第三距离可以等于第一距离和第二距离。

第一e波段天线可以是雷达感测系统中使用的发射天线，而第二e波段天线可以是雷达感测系统中使用的接收天线。

可以在多输入多输出(mimo)天线系统中利用第一e波段天线和第二e波段天线。