毫米波集成天線研究.pdf

1、當前，隨著無線通信技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，人們對電路集成度提出了更高的要求。然而，普通的基于PCB（Printed Circuit Board）工藝的傳統(tǒng)集成天線限制了電路集成度的進一步提高，這導(dǎo)致了片上集成天線（Antenna On Chip:AOC）的提出，并成為近年來天線領(lǐng)域的研究熱點。片上集成天線是一種采用半導(dǎo)體工藝（最常用的是CMOS工藝）在芯片內(nèi)部直接集成天線的新的天線設(shè)計概念。然而，復(fù)雜的片上環(huán)境特別是具有較高介電常數(shù)和較

2、低電阻率的摻雜硅基片的存在，使得普通片上集成天線的效率極其低下。本文采用人工磁導(dǎo)體(Artificial Magnetic Conductor:AMC)技術(shù)使片上集成天線和摻雜硅基片之間產(chǎn)生有效的電隔離，從而獲得了較高的天線輻射效率，得到了較好的片上集成天線設(shè)計。本文的主要工作如下:
　　 1.對可用于片上集成天線設(shè)計的CMOS工藝進行了研究，獲得了特定CMOS工藝每一金屬層和每一介質(zhì)層的電參數(shù)和厚度，這些參數(shù)對于片上集成天線的

3、設(shè)計是至關(guān)重要的。
　　 2.對造成普通片上集成天線輻射效率低的原因進行了深入的研究，明確了正是由于摻雜硅基片的高介電常數(shù)和較大的厚度使得普通片上集成天線輻射的電磁能量大部分以表面波的形式存在于硅基片中，而硅基片的低電阻率又使得以表面波形式存在的電磁能量大部分以熱的形式耗散掉，從而造成了普通片上集成天線輻射效率低下。
　　 3.研究了可提高片上集成天線輻射效率的方法。在對已提出的片上集成天線結(jié)構(gòu)和性能研究的基礎(chǔ)上總結(jié)了以

4、下幾種可提高天線效率的方法:1）選擇硅襯底的厚度遠低于文獻[1]中公式(12)給出的值;2）通過離子注入提高天線下方硅基片的電阻率;3）微加工去掉天線下方的硅基片;4）通過合理設(shè)計鈍化層，使其兼具保護和聚焦功能;5）通過引入合適的隔離層，將天線和下方的硅基片隔離開。在比較各種改進方法的基礎(chǔ)上指出在天線和硅基片間引入人工磁導(dǎo)體(AMC)是目前比較可行的改進方法。
　　 4.給出了蘑菇型高阻抗表面、UC-PBG和基于FSS的無金屬化

5、通孔人工磁導(dǎo)體的工作原理、等效傳輸線電路以及設(shè)計公式，在此基礎(chǔ)上設(shè)計得到了方形貼片、方環(huán)型和耶路撒冷十字型三款適應(yīng)片上環(huán)境的人工磁導(dǎo)體。結(jié)合人工磁導(dǎo)體的設(shè)計給出了片上偶極子和單極子天線設(shè)計，并比較了不同情況下片上偶極子和單極子的性能變化。
　　 5.在本文的最后提出了一種可用于毫米波頻段的寬帶微帶轉(zhuǎn)共面帶狀線巴侖(Balanceto Unbalance:BALUN)電路。在芯片內(nèi)部平衡和非平衡電路常常是共存的，它們之間的互連將不