毫米波天线阵列装置的制作方法

1.本公开内容涉及天线，并且特别地涉及适用于以毫米波(mm波)频率形成波束的天线阵列。
2.本发明涉及与毫米波天线阵列相关的装置。更特别地，本发明涉及用于毫米波天线阵列的装置的结构。


背景技术：

3.使用毫米波频率下的相控天线阵列通过在基站与移动设备之间建立高带宽定向链路来提供以高数据速率支持多个用户的路径。毫米波占据了从30ghz至300ghz的频谱，并且波长在1mm与10mm之间的范围内。毫米波频率对未来的具有高容量要求的5g网络具有重大意义。
4.天线阵列中的元件的数目是关于相控天线阵列性能的关键参数。元件的数目限定了天线波束的有效各向同性辐射功率和特性，包括波束宽度。例如，典型的64个元件、94ghz的硅相控天线阵列只能覆盖数十米，而1024个元件的硅相控天线阵列可以形成超过10km的链路。因此，按比例调节天线阵列的天线元件的数目是重要的，换句话说，增加天线阵列的天线元件的数目是重要的。
5.当实现耦合至发送器或接收器的天线阵列装置时，应当为rf芯片分配多个射频(rf)信号、直流(dc)信号和数字分配网络例如串行外围接口(spi)信号。spi是用于控制有源电路元件的操作的接口的示例。另外，收发器可能需要本地振荡器(lo)信号、基带信号和中频(if)信号，这取决于架构。即使在少量的天线阵列元件的情况下，在插置件上对mm波频率下的rf、dc和spi互连进行路由也是个挑战。术语插置件是指通常用于电子应用中的载体平台，例如载体印刷电路板(pcb)或其他等同的载体平台。信号的路由是在实践中将天线元件的数目限制为约64个至256个天线元件的主要原因之一，这取决于频率。
6.该问题的复杂性随着频率的增加而进一步增加。例如，在110ghz与170ghz之间的频率范围中且以2.7mm与1.8mm之间的波长进行操作的d波段天线阵列中的相邻天线元件之间的距离仅为约1mm。因此，用于对多个互连进行路由的空间非常有限。同时，关于d波段的实际应用要求阵列中有多于1000个天线元件。
7.迄今为止，按比例调节天线阵列的这种实现方式是多个ic按比例调节的基于硅的相控天线阵列中最受欢迎的。
8.相关技术的描述
9.samet zihir等人在2016年12月的ieee transactions on microwave theory and techniques第64卷第12期的“60-ghz 64-and 256-elements wafer-scale phased-array transmitters using full-reticle and subreticle stitching techniques”中提出利用具有单个大芯片的天线阵列来解决路由问题。用于控制波束转向、rf、dc和数字分配网络即spi连接的所有rf模块和数字区块都构建在同一硅芯片上。该芯片可以放置在低成本的印刷电路板上，因为它仅需要基带信号或中频信号、用于本地振荡器的晶体参考信
号以及数字控制。芯片利用插置件倒装芯片，在该插置件上制造有天线阵列的天线元件。
10.该单个芯片架构解决了路由问题。然而，使用硅来进行rf信号的分配会导致另一问题：硅上的毫米波传输线具有非常高的损耗。例如，硅上的共面波导传输线在150ghz(d波段)下具有约1.5db/mm的损耗。d波段下的1000个元件天线阵列的尺寸为32
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32mm。为了在此类天线中分配rf信号，rf信号需要被分配30mm至40mm的距离。在这种情况下，分配rf信号的损耗可能高达45db至60db。为了补偿这些损耗，在已知的“单个”芯片架构中使用额外的放大器，这需要额外的功率。尽管mmic在高频下不是很有效，但是这些额外的放大器会产生大量热量，这使得天线阵列的热管理变得复杂。
11.专利申请us 2020/0194901公开了射频天线阵列，该射频天线阵列包括插置件组件和导电柱。具有单个微带迹线的插置件组件将信号从小型mmic馈送至串联布置的贴片天线。导电柱在射频印刷电路板上保持插置件与接地层之间的距离。


技术实现要素：

12.目的是提供如下装置，该装置解决了降低毫米波天线阵列的功耗并简化毫米波天线阵列的热管理的问题，同时实现了操作所需的信号的更通用的路由。
13.本发明的目的是利用根据权利要求1的特征部分的装置实现的。
14.在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。
15.根据第一方面，提供了一种毫米波射频rf天线阵列装置。该装置包括单芯片单片微波集成电路mmic，所述mmic包括天线阵列装置的有源电路元件。有源电路元件至少包括被配置成对天线阵列的天线元件进行馈送的天线馈送电路。天线阵列装置包括插置件，该插置件由低损耗rf材料例如玻璃、低温共烧陶瓷ltcc或印刷电路板pcb制成。插置件包括rf分配网络的传输线和天线阵列的多个天线元件。将插置件的传输线耦合至mmic以提供rf连接，以用于将rf信号分配至天线馈送电路或者对来自天线馈送电路的rf信号进行分配。插置件的包括rf分配网络的传输线和多个天线元件的区域与mmic的包括所述天线馈送电路的区域并置。
16.根据第二方面，mmic的包括被配置成对相应天线元件进行馈送的天线馈送电路的一部分的每个部分与插置件的包括相应天线元件的部分并置。
17.根据第三方面，天线馈送电路包括用于执行波束成形的有源电路元件，例如可变增益放大器和移相器。
18.根据第四方面，天线阵列装置包括多个发送信号路径，每个发送信号路径从发送器的输出端经由插置件上的rf分配网络的传输线的相应部分并且经由mmic中的发送信号路径的相应天线馈送电路行进至多个天线元件中的一个天线元件的输入端。替选地或附加地，天线阵列装置包括多个接收信号路径，每个接收信号路径从多个天线元件中的一个天线元件的输出端经由mmic中的接收信号路径的相应天线馈送电路并且经由插置件上的rf分配网络的传输线的相应部分行进至接收器的输入端中。
19.根据第五方面，有源电路元件包括发送器、接收器、放大器、移相器、模数转换器、数模转换器和串行外围接口中的至少一个，并且其中，mmic还包括dc供应电压互连和/或数字分配网络例如串行外围接口互连。
20.根据第六方面，rf分配网络包括一个或更多个功分器。
21.根据第七方面，所述一个或更多个功分器包括在mmic和/或插置件中。
22.根据第八方面，mmic在发送信号路径或接收信号路径上包括至少一个第一功分器，并且其中，插置件在相应发送信号路径或接收信号路径上包括一个或更多个另外的功分器，其中，所述一个或更多个另外的功分器沿相应发送信号路径或接收信号路径与至少一个第一功分器相比更加远离相应天线元件。
23.根据第九方面，通过所述多个功分器获得的功率划分是对称或非对称的。通过天线馈送电路的一个或更多个放大器和移相器来补偿功分网络的可能的不对称性。
24.根据第十方面，使用在mmic与插置件之间形成多个电接触部的倒装芯片技术将插置件与mmic相互连接。电接触部被配置成在mmic与插置件之间至少保持最小的预定义竖直距离以避免干扰。
25.根据第十一方面，使用电接触部以及电容耦合和/或电感耦合二者将插置件与mmic相互连接，所述电接触部以及电容耦合和/或电感耦合在mmic与插置件之间共同形成多个耦合点。电接触部被配置成在mmic与插置件之间至少保持最小的预定义竖直距离以避免干扰。
26.根据第十二方面，多个电接触部是焊料球、铜柱凸块或柱形凸块。
27.根据第十三方面，插置件是单层或多层结构。
28.本发明基于在插置件上实现天线阵列的天线元件和rf分配网络的传输线的构思。有源rf元件以及数字控制、dc操作电压和诸如串行外围接口分配网络的数字分配网络被放置在单个硅芯片上。硅芯片的尺寸优选地与插置件上的天线元件阵列的尺寸相似，使得在插置件的与天线阵列区域并置的区域上仅分配有在相应发送信号路径和/或接收信号路径上的rf信号。使用倒装芯片技术，可以使mmic上的其他信号分配至天线区域的外部，但是也可以使mmic上的其他信号连接至天线区域外部的插置件。插置件由低损耗rf材料制成。mmic芯片被倒装芯片在插置件上。还可以在插置件上设置dc功率馈送连接器、数字信号连接器和低频rf连接器，用于与外部设备、功能和/或电路的连接。
29.本发明具有降低毫米波天线阵列的功耗并且因此简化毫米波天线阵列的热管理的优点。相比于在硅中实现的传输线，通过在低损耗rf材料插置件中实现rf传输线，传输线中的损耗被降低了，这降低了对附加的功率消耗的放大器的需求。天线阵列可按比例调节成高达数百个天线元件。另一优点在于，可以将dc信号和低于rf频率的信号例如dc信号、基带信号和/或中频信号带至mmic内的天线阵列的区域之外，并且然后连接至插置件。因此，dc信号和较低的频率信号可以扩散至更大的区域并且然后连接至插置件。可以使用菊花链技术合并这些信号，这有助于减少所需的倒装芯片连接的数目。
附图说明
30.在下文中，将参照附图结合优选的实施方式更详细地描述本发明，在附图中，
31.图1是具有天线阵列的发送器架构的示意性图示，
32.图2是具有天线阵列的接收器架构的示意性图示，
33.图3a示意性地示出了插置件的俯视图，
34.图3b示意性地示出了具有与插置件附接的mmic的天线阵列装置的俯视图，
35.图4示意性地示出了天线阵列装置的侧视图，
36.图5示意性地示出了rf信号在天线阵列装置中的rf分配网络中的传输。
具体实施方式
37.图1示出了具有本领域已知的带有n个天线元件(10)的天线阵列(110)的非限制性示例性发送器架构的示意性图示。n是整数，优选地大于64，更优选地至少是1000。发送器(130)包括调制解调器(30)，该调制解调器(30)提供要由天线阵列(110)通过rf接口发送的数字信号。发送器包括有源信号处理元件，例如数模转换器(31)、滤波器(32)、放大器(33)以及用于利用同相和正交载波信号对射频信号进行调制的同相和正交调制器(34)。本地振荡器信号由本地振荡器(50)生成，并且其频率可以由一个或更多个倍频器(51)倍增以生成载波信号，该载波信号由要通过发送器中的无线电接口发送的信号调制。经调制的同相和正交相rf信号由求和元件(35)合并，并且经由放大器(21)馈送至rf分配网络(120)。可以在rf分配网络(120)中设置一个或更多个放大器(未示出)和功分器(未示出)，以补偿rf分配网络中的损耗并确保适当的信号水平。rf分配网络将rf信号输送至天线馈送电路(150)。术语天线馈送电路是指被专门配置成将信号馈送至每个单独的天线元件(10)或馈送来自每个单独的天线元件(10)的信号的有源电路。换言之，天线馈送电路包括用于每个天线元件的天线元件专用有源电路元件。发送器的天线馈送电路(150)可以包括可变增益放大器(22)，以补偿发送信号路径之间的增益变化。为了波束成形的目的，在将信号馈送至相应天线元件(10)之前，可以利用移相器(23)调整馈送至每个天线元件(10)的rf信号的相位并且利用功率放大器pa(24)进一步放大rf信号。可变增益放大器vga(22)也可以用于波束成形，例如用于控制旁瓣电平。移相器(23)可以实现为矢量调制器。
38.rf分配网络包括将rf信号分支成多个发送信号路径(300)的多个功分器(未示出)，这些发送信号路径(300)从发送器(130)的输出端经由rf分配网络(120)延伸至用于对多个天线元件(10)进行馈送的天线馈送电路(150)。可以使用本领域已知的各种分支方案对rf分配进行分支。一种常见的架构是基于随后的1到2个功分器的树，每个功分器将输入的信号划分成两个相等的部分。通过添加连续的功分器来重复分支，直至馈送至天线馈送电路(150)中的由rf分配网络的分支形成的发送信号路径(300)的数目等于天线元件(10)的数目。
39.spi接口可以用于控制天线馈送电路(150)的移相器(23)和vga(22)的操作。尽管未在一般的发送器架构中示出，但是本领域技术人员应理解，需要将控制信号一直载送至相应有源电路元件，这进一步增加了所需的信号路由的复杂性。可以在mmic内实现spi路由。
40.图2示出了示例性非限制性接收器架构的示意性图示，该接收器架构用于利用本领域已知的n个天线元件(10)的天线阵列(110)接收rf信号。rf信号由多个天线元件(10)接收。术语天线馈送电路是指被专门配置成将信号馈送至每个单独的天线元件(10)或馈送来自每个单独的天线元件(10)的信号的有源电路。接收器的天线馈送电路(150)可以包括低噪声放大器(25)和移相器(23)。天线馈送电路(150)还可以包括可变增益放大器vga(22)，以用于补偿接收信号路径之间的增益的可能变化并且用于波束成形。移相器(23)可以实现为矢量调制器。rf分配网络(120)将在天线馈送电路(150)的输出端处接收到的信号输送至接收器(140)的输入端。rf分配优选地包括多个功分器(未示出)，这些功分器将由天线元件
(10)接收并且在天线馈送网络(150)的相应多个输出端处提供的信号聚集成在接收器(140)的输入端处提供的单个rf信号，接收器(140)可以在其输入端处包括放大器(61)。如本领域已知的，rf分配网络中可以使用任何分支方案。因此，rf分配网络的每个接收信号路径(400)将分量rf信号从天线馈送电路(150)的输出端之一的输出端提供至接收器(140)的输入端。接收器(140)可以包括用于对接收到的rf信号进行解调的同相和正交解调器(44)。本地振荡器信号由本地振荡器(50)生成，并且其频率可以由一个或更多个倍频器(51)倍增以生成用于解调的载波信号。可以对经解调的信号进行以下操作：利用一个或更多个放大器(43)进行放大，通过一个或更多个滤波器(42)进行滤波，并且最后利用模数转换器(41)转换成数字信号，用于在调制解调器(40)中处理该数字信号。
41.毫米波发送器(130)和/或接收器(140)的有源电路元件可以在单个单片微波集成电路mmic上实现。调制解调器(40)可以在mmic上实现或者它可以在单独的ic上实现。
42.与在发送器中一样，在接收器中，spi接口也可以用于控制天线馈送电路(150)的有源电路元件例如移相器(23)和vga(22)的操作。尽管未在一般的发送器架构中示出，但是本领域技术人员应理解，需要将控制信号一直载送至相应有源电路元件，这进一步增加了所需的信号路由的复杂性。可以在mmic内实现spi路由。
43.图3a示意性地示出了根据本发明的实施方式的插置件(220)的俯视图。插置件在诸如玻璃、低温共烧陶瓷ltcc或印刷电路板pcb的低损耗rf材料上实现。所描述的元件被示意性地示出为仿佛插置件(220)是透明的，但是如本领域技术人员所理解的，本发明不受插置件的视觉特性的限制。顶部和底部是指基于天线阵列装置相对于图中所示的坐标轴的方位定义的标准，其中，天线元件(10)在结构的顶部面朝上、朝向正z轴，而mmic放置在插置件(220)下方、远离天线元件(10)朝向负z轴。然而，天线阵列装置在使用时的方位不限于任何方位。横向尺寸是指在平行于xy平面的平面中的尺寸，而竖向尺寸是指z轴方向。
44.插置件(220)包括天线元件(10)的阵列。为简单起见，该示例仅示出了64个天线元件(10)，但在实践中，插置件可以包括多达多于1000个天线元件(10)的阵列。当实现具有天线阵列的毫米波无线电设备时，所有天线元件(10)通常彼此相似，并且优选地以彼此相距均等的距离放置，从而形成对称的正方形阵列。也可以使用替选的几何图案诸如圆形、六边形或矩形。在一些实现方式中，相邻的天线元件之间的距离为λ/2，其中，λ是本领域已知的波长。
45.插置件包括rf分配网络(120)的传输线。rf分配网络(120)将rf信号从发送器的输出端输送至天线馈送电路的多个输入端，该天线馈送电路在mmic中实现。mmic因此包括相应发送信号路径(300)之后的针对每个相应天线元件(10)的移相器(23)、和pa(24)放大器以及vga(22)放大器，或者包括相应接收信号路径(400)之前的针对每个相应天线元件(10)的移相器(23)、低噪声放大器(lna)(25)和vga(22)。由rf输送网络的发送信号路径(300)输送的发送rf信号经由mmic中的天线馈送电路的有源电路元件被馈送至天线阵列(110)的天线元件(10)的输入端，以及/或者由天线阵列(110)的天线元件(10)接收的接收rf信号经由mmic中的天线馈送电路的有源电路元件从相应天线元件(10)输送至接收器的输入端。
46.插置件可以是单层结构，其中，仅存在其上放置有rf分配网络(120)的所有传输线的单层金属。优选地，插置件是多层结构，其中，可以更灵活地对rf分配网络(120)的传输线进行布线。优选地，传输线包括金属带例如共面波导、微带线和/或带状线，或者为发送高频
rf信号而优化的基板集成波导。天线元件(10)优选地放置在插置件(220)的顶部表面上，而rf分配网络的传输线可以在插置件结构的底部表面上和/或中间层中。到rf分配网络(120)的电接触部优选地设置在插置件的底部表面处。
47.通过将rf分配网络(120)的传输线放置在插置件(220)上，插置件可以被优化成与mmic上的分配相比显著降低rf信号的损耗。
48.rf分配网络的传输线不直接耦合至插置件内的天线(10)。尽管rf分配网络在图3a中示意性地示出为插置件中的连续的分支网络，但是rf分配网络可以包括在连续部分之间具有间隙的相互断开的部分，这使得在rf分配网络(120)的传输线的连续部分之间的在mmic中或在插置件上实现的有源部件能够耦合。
49.除了rf分配网络的传输线之外，插置件还可以包括天线馈送电路中的用于朝向混频器馈送的本地振荡器信号、中频信号和/或载波信号的传输线。优选地，不是rf分配网络的一部分(换言之，不是发送信号链或接收信号链的任意一部分)的信号连接位于插置件的与mmic并置的横向区域之外。插置件可以进一步包括用于将传输线分支的功分器。
50.图3b示意性地示出了天线阵列的俯视图，其中，单个单片微波集成电路mmic(320)附接在插置件下方。插置件(220)的包括rf分配网络和天线元件的部分的横向尺寸与mmic(320)的横向尺寸或mmic的包括用于天线阵列的天线馈送电路部分的横向尺寸应该基本上相似。rf分配网络将接收rf信号和/或发送rf信号分配至插置件的位于每个相应天线元件(10)附近的部分。当mmic和插置件被适当地放置并彼此连接时，mmic上的有源电路(包括但不限于天线馈送电路)优选地与相应天线元件(10)并置，该有源电路对相应接收信号路径或发送信号路径上的针对相应天线元件的接收rf信号或发送rf信号进行处理。该配置由虚线网格(321)表示，该虚线网格(321)将mmic的横向面积划分成多个部分，每个部分包括相应天线馈送电路，并且每个部分与天线元件(10)的相应一个天线元件并置。将插置件上的天线元件与mmic上的相应天线馈送电路并置，使得rf信号承载连接能够保持短的并且使得能够将rf信号耦合在mmic与插置件之间的发送信号路径和接收信号路径上，而无需沿着mmic传输rf信号。优选地，在插置件上实现发送信号路径上的有源电路元件与接收信号路径上的有源电路元件之间的互连。特别地，优选地在插置件上实现沿着rf分配网络的有源电路元件之间的所有互连。可以在mmic上实现天线馈送电路的有源电路元件之间一些非常短的、在mmic上彼此紧邻的互连，只要这些互连足够短而不会不必要地增加损耗。如上已经提及的，其他信号例如本地振荡器信号、中频信号和dc信号也可以在插置件上载送，但是优选地在插置件的与mmic并置的横向面积之外。
51.图4示意性地示出了根据实施方式的天线阵列装置的机械结构的原理的侧视图。在底部上示出了mmic(320)，而在mmic的顶部上布置有插置件(220)，其中，插置件(220)的顶部表面上有天线元件(10)。在mmic(320)的朝向插置件(220)的顶部表面上存在包括电连接的第一层(325)，所述电连接用于将mmic(320)的各种有源电路元件朝向插置件(220)电耦合。在插置件(220)的底部表面上存在包括导电图案的第二层(225)，这些导电图案提供了rf分配网络的传输线朝向mmic(320)的电耦合，并且可选地还提供用于本地振荡器信号、if信号和/或载波信号的传输线的电耦合。
52.在mmic(320)与插置件(220)之间存在多个电接触部(410)，其中，这些电接触部提供电耦合。这些电接触部(410)可以用球栅阵列(bga)倒装芯片技术中已知的焊料球(焊料
凸块)来实现。电接触部(410)可以是所谓的柱形凸块，其中，金属凸块例如银凸块或金凸块被机械地施加在晶圆或芯片上，这也是倒装芯片技术领域中众所周知的。电接触部(410)可以是所谓的铜柱凸块，包括使用焊料球(401)封盖的铜柱(402)，这也是倒装芯片技术领域中众所周知的。众所周知，此类铜柱凸块倒装芯片技术为高密度连接提供了优异的电耦合和热耦合。球栅阵列、柱形凸块和铜柱凸块技术均在插置件与mmic之间产生一定的竖直距离。铜柱凸块技术提供了进一步的益处，即它实现了mmic(320)与插置件(220)之间的竖直距离的精确控制，这对于避免干扰可能很重要。mmic(320)与插置件(220)之间的电接触部(410)之间的体积可以填充有气体例如空气，或者该体积可以是真空。mmic与插置件之间优选的距离根据例如材料、设计和频率而变化。对于常用的pcb材料，用于mm波实现方式的间隙优选大于100μm。
53.代替电接触部或除了电接触部之外，还可以在mmic与插置件之间电容地耦合至少一些信号。为了电容耦合，在mmic上设置馈送元件或耦合元件，这些元件可以将rf信号电容地耦合至例如rf分配网络的传输线中的部分传输线或耦合至插置件上的天线元件。以上提及的出版物60-ghz 64-and 256-elements wafer-scale phased-array transmitters using full-reticle and subreticle stitching techniques公开了mmic与天线元件之间的电容耦合的示例。
54.甚至进一步的馈送方案可以适用于对天线进行馈送并且将插置件上的传输线与mmic耦合。例如，可以在发送链和接收链的任意合适的点处使用电感耦合(也称为隙孔耦合)或馈电探针式耦合。
55.例如，插置件与mmic之间的耦合的一些部分耦合可以是电容性或电感性的，而触点的其他部分——例如以上提及的倒装芯片连接中的一个——是电气类型的。倒装芯片连接有助于保持插置件与mmic之间的间隙。
56.图5示意性地示出了rf信号是如何通过rf分配网络(120)载送的。该示例示出了发送信号路径(300)的一部分，但是同样的原理适用于接收信号路径上的rf信号。rf信号经由电接触部(410)在mmic(320)上的有源电路元件(26、27、28)与插置件(220)上的rf分配网络(120)的传输线(221a、221b、221c)中的一部分之间来回行进。在该简化图中示出了单个发送信号路径的一些示例性元件。对本领域技术人员显而易见的是，有源电路元件的类型和顺序取决于发送器/接收器的架构及其rf分配网络，并且不限于任何特定的有源电路元件或有源电路元件的任何特别顺序。
57.在该示例中，rf发送信号从发送器经由rf分配网络的传输线的第一部分(221a)到达功分器(26)，以用于将发送信号分配至至少两个不同的发送信号路径。功分器可以是例如在专利申请wo 2020/188146 a1中公开的类型。然后发送信号朝向可选的rf线路放大器(27)向前通过电接触部(410)和传输线的第二部分(221b)，并且朝向相应发送信号路径的天线馈送电路(150)最终通过传输线的第三部分(221c)。如图所示，mmic(320)中的每个相应发送信号路径或接收信号路径的天线馈送电路(150)优选地与插置件(220)上的相应天线元件(10)并置。mmic(320)上的发送信号路径的天线馈送电路(150)可以包括有源电路元件，例如图1所示的可变增益放大器(22)、移相器(23)和/或功率放大器pa(24)。最后，rf发送信号经由插置件(220)被提供至天线元件(10)以供发送。
58.在一些实施方式中，插置件(220)还可以包括一个或更多个功分器。优选地，在
mmic上实现在发送信号路径或接收信号路径上最靠近相应天线元件的功分器。主要原因在于空间限制。波束成形电路(即发送器中的矢量调制器或移相器(23)、vga(22)和pa(24)，或者接收器中的lna(25)、vga(22)和移相器(23)或矢量调制器)优选地在mmic上位于每个相应天线元件附近。因此，在紧邻天线馈送电路(150)的这些有源电路元件的插置件中，用于功分器的空间非常有限。在d波段频率和此外较低频率下，由于空间限制，通常使用多通道mmic。使用多通道mmic指的是2个或更多个通道，可能是4个通道。优选地在mmic上完成功率划分。如果有足够的空间用于单通道方法，则最终的划分也可以在插置件上完成。
59.对于本领域技术人员明显的是，随着技术的进步，本发明的基本构思可以以各种方式实现。本发明及其实施方式因此不局限于以上示例，但是它们可以在权利要求的范围内变化。

技术特征：
1.一种毫米波射频rf天线阵列装置，所述毫米波射频rf天线阵列装置包括单芯片单片微波集成电路mmic，所述mmic包括所述天线阵列装置的有源电路元件，其中，所述有源电路元件至少包括被配置成对天线阵列的天线元件进行馈送的天线馈送电路，所述天线阵列装置包括：插置件，其由低损耗rf材料例如玻璃、低温共烧陶瓷ltcc或印刷电路板pcb制成，其中，所述插置件包括rf分配网络的传输线和所述天线阵列的多个天线元件，其特征在于，将所述插置件上的所述rf分配网络(120)的所述传输线耦合至所述mmic以提供rf连接，以用于经由所述mmic的有源电路元件将rf信号分配至包括在所述mmic中的所述天线馈送电路或者对来自包括在所述mmic中的所述天线馈送电路的rf信号进行分配，使得所述rf信号经由电接触部在所述mmic中的有源电路元件与所述插置件中的所述rf分配网络的传输线中的各部分之间来回行进，并且所述插置件的包括所述rf分配网络的所述传输线和所述多个天线元件的区域与所述mmic的包括所述天线馈送电路的区域并置。2.根据权利要求1所述的天线阵列装置，其中，所述mmic的包括被配置成对相应天线元件进行馈送的所述天线馈送电路的一部分的每个部分与所述插置件的包括所述相应天线元件的部分并置。3.根据权利要求1或2所述的天线阵列装置，其中，所述天线馈送电路包括用于执行波束成形的有源电路元件，例如可变增益放大器和移相器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线阵列装置，其中，所述天线阵列装置包括多个发送信号路径，每个发送信号路径从发送器的输出端经由所述插置件上的所述rf分配网络的传输线的相应部分并且经由所述mmic中的所述发送信号路径的相应天线馈送电路行进至所述多个天线元件中的一个天线元件的输入端，并且/或者其中，所述天线阵列装置包括多个接收信号路径，每个接收信号路径从所述多个天线元件中的一个天线元件的输出端经由所述mmic中的所述接收信号路径的相应天线馈送电路并且经由所述插置件上的所述rf分配网络的所述传输线的相应部分行进至接收器的输入端中。5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线阵列装置，其中，所述有源电路元件包括发送器、接收器、放大器、移相器、模数转换器、数模转换器和串行外围接口中的至少一个，并且其中，所述mmic还包括dc供应电压互连和/或数字分配网络例如串行外围接口互连。6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线阵列装置，其中，所述rf分配网络包括一个或更多个功分器。7.根据权利要求6所述的天线阵列装置，其中，所述一个或更多个功分器包括在所述mmic和/或所述插置件中。8.根据权利要求7所述的天线阵列装置，其中，所述mmic在发送信号路径或接收信号路径上包括至少一个第一功分器，并且其中，所述插置件在相应发送信号路径或接收信号路径上包括一个或更多个另外的功分器，其中，所述一个或更多个另外的功分器沿所述相应发送信号路径或接收信号路径与所述至少一个第一功分器相比更加远离相应天线元件。9.根据权利要求6至8中任一项所述的天线阵列装置，其中，通过所述多个功分器获得的功率划分是对称或非对称的，并且其中，通过所述天线馈送电路的一个或更多个放大器和移相器来补偿功分网络的可能的不对称性。10.根据权利要求1至9中任一项所述的天线阵列装置，其中，使用在所述mmic与所述插
置件之间形成多个电接触部的倒装芯片技术将所述插置件与所述mmic相互连接，其中，所述电接触部被配置成在所述mmic与所述插置件之间至少保持最小的预定义竖直距离以避免干扰。11.根据权利要求1至9中任一项所述的天线阵列装置，其中，使用电接触部和诸如电容耦合或电感耦合的电磁耦合将所述插置件与所述mmic相互连接，所述电接触部和所述电磁耦合在所述mmic与所述插置件之间共同形成多个耦合点，其中，所述电接触部被配置成在所述mmic与所述插置件之间至少保持最小的预定义竖直距离以避免干扰。12.根据权利要求10或11所述的天线阵列装置，其中，所述多个电接触部是焊料球、铜柱凸块或柱形凸块。13.根据权利要求1至12中任一项所述的天线阵列装置，其中，所述插置件是单层或多层结构。

技术总结
本发明涉及毫米波RF天线阵列装置。该装置包括单芯片MMIC，所述单芯片MMIC包括天线阵列装置的有源电路元件。有源电路元件至少包括被配置成对天线阵列的天线元件进行馈送的天线馈送电路。该装置包括由低损耗RF材料例如玻璃、低温共烧陶瓷LTCC或印刷电路板PCB制成的插置件。该插置件包括RF分配网络的传输线和天线阵列的多个天线元件。将插置件的传输线耦合至MMIC以提供RF连接，以用于将RF信号分配至天线馈送电路或者对来自天线馈送电路的RF信号进行分配。插置件的包括RF分配网络的传输线和多个天线元件的区域与MMIC的包括所述天线馈送电路的区域并置。送电路的区域并置。送电路的区域并置。


技术研发人员：弗拉迪米尔
受保护的技术使用者：芬兰国家技术研究中心股份公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2023/8/14