60GHz硅基片上天線的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著近年來(lái)許多國(guó)家對(duì)60GHz附近頻帶的開放使用，以及2005年3月IEEE802.15.3c無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)委員會(huì)對(duì)60GHz頻帶標(biāo)準(zhǔn)的制定，人們開始熱衷于研究應(yīng)用于此頻帶范圍的無(wú)線通信技術(shù)。由于60GHz頻段相應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)只有5mm，極小體積的天線即可實(shí)現(xiàn)。因此廣大學(xué)者們開始研究將天線集成到芯片中的方法，即60GHz片上天線的實(shí)現(xiàn)。雖然將天線集成在芯片內(nèi)可有效的減小體積，降低成本，但同時(shí)也產(chǎn)生了很多設(shè)計(jì)難點(diǎn)，挑戰(zhàn)主要來(lái)自于所采用的

2、半導(dǎo)體工藝。傳統(tǒng)CMOS工藝具有以下特點(diǎn):受限的金屬形狀與尺寸、較小的金屬電導(dǎo)率、較低電阻率且高介電常數(shù)的襯底。這些特點(diǎn)會(huì)明顯地減低片上天線的性能。人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有反射相位帶隙特性，將其使用在硅基片上天線的設(shè)計(jì)中可以將天線和高損耗的襯底隔離，從而減小高損耗硅襯底對(duì)天線輻射的吸收，提升天線的性能。
　　 本文提出了一種新的井字形人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與一種梯形單極子片上天線結(jié)構(gòu)，使用基于有限元法的電磁場(chǎng)模擬軟件HFSS對(duì)模型進(jìn)行仿真。仿

3、真結(jié)果顯示，井字形人工磁導(dǎo)體的中心頻率為60GHz，帶寬為20.2GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到了33.7％，單元面積為200μm×200μm，性能非常優(yōu)秀。在50GHz到70GHz范圍內(nèi)的入射波都可以得到使其輻射增強(qiáng)的反射波，極大的削弱了硅襯底層對(duì)天線輻射的吸收。梯形單極子片上天線結(jié)構(gòu)是對(duì)其他文獻(xiàn)使用的三角形單極子天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良得到的，可以得到更優(yōu)化的天線性能。最終仿真結(jié)果顯示，本文提出的60GHz硅基片上天線性能參數(shù)為中心頻率59.8GHz