基于CMOS技術(shù)高增益高效率60 GHz微帶結(jié)構(gòu)片上天線研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)和CMOS工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，無線射頻集成電路的發(fā)展不斷涌現(xiàn)新的熱點(diǎn)研究，天線作為無線通信系統(tǒng)重要模塊，因此基于CMOS技術(shù)高性能小型化的片上天線成為聚焦，尤其是具有顯著優(yōu)點(diǎn)的60 GHz頻段吸引了廣大學(xué)者的興趣。片上天線使電路與天線集成，減少了芯片匹配模塊，提高了片上系統(tǒng)集成度，降低了封裝和布線復(fù)雜度，進(jìn)一步推進(jìn)了集成電路小型化發(fā)展。然而，低電阻率和高介電常數(shù)的硅襯底損耗和束縛使得片上天線增益和輻射效率很低。通過文獻(xiàn)調(diào)

2、研，借鑒傳統(tǒng)天線理論，本文整理并提出了一種基于微帶結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型解決方案，根據(jù)片上天線應(yīng)用場合，研究設(shè)計(jì)了應(yīng)用在水平空間通信和垂直空間通信的高性能60 GHz片上天線，主要研究內(nèi)容如下：
　　首先本文調(diào)研片上天線的研究背景以及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，對已公開發(fā)表的片上天線進(jìn)行分類整理，研究能量損耗原因，探索屏蔽硅襯底損耗方法，探索加載介質(zhì)諧振器提高增益方法，為高增益高效率片上天線設(shè)計(jì)做鋪墊。
　　通過借鑒傳統(tǒng)天線理論，提出了解決低電阻率

3、高介電常數(shù)硅襯底損耗的新思路，在M1金屬層采用全地板結(jié)構(gòu)降低電磁波進(jìn)入硅襯底。通過分析貼片電流分布調(diào)整貼片大小和基片大小等相關(guān)參數(shù)，借助 ANSOFT公司電磁場仿真軟件 HFSS優(yōu)化設(shè)計(jì)了一款微帶結(jié)構(gòu)的小型化高性能片上天線。天線成功流片后，采用安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試天線回波損耗，通過構(gòu)建絕對增益測試網(wǎng)絡(luò)測試天線的增益，并對天線測試結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行了對比和分析。
　　為了進(jìn)一步提高天線增益，提出了在貼片天線上方加載高介電常數(shù)陶瓷

4、介質(zhì)諧振器，形成增強(qiáng)型耦合，這在已公開發(fā)表的片上天線成果中是首次在貼片天線上方加載介質(zhì)諧振器。通過研究片上天線環(huán)境介質(zhì)諧振器與貼片天線的電磁耦合規(guī)律，得到天線結(jié)構(gòu)原型。根據(jù)整理的加載介質(zhì)諧振器高性能側(cè)射片上天線設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)了一款60 GHz高增益高輻射效率側(cè)射片上天線。天線成功流片后，同樣采用第三章測試方法進(jìn)行測試并對比仿真結(jié)果和測試結(jié)果。
　　由于采用八木結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)端射型片上天線的端射方向增益和輻射效率都很低，第五章創(chuàng)新采用加