基于CMOS工藝的140GHz片上天線的研究.pdf

1、工作于太赫茲頻段的高頻電磁波在各領域的研究實踐隨著太赫茲波源的突破性進展已在全世界掀起了研究熱潮。太赫茲技術之所以會引起如此大的關注,主要在于其所處的特殊頻段位置(0.1~10THz)表現出的獨特性質為人們提供了新的研究思路。太赫茲波具有更高的分辨率,更好的方向性、保密性和抗干擾能力以及相對較短的波長所帶來的天線尺寸更小使其電路結構更加簡單緊湊等優(yōu)勢。太赫茲波具有的一系列優(yōu)良的電磁特性使其在通信、光譜及成像等領域應用潛力巨大。本文設計的

2、天線工作頻率為140GHz,亦處在太赫茲頻段內。如何在如此高的頻率上保證良好的天線性能以順應太赫茲技術的發(fā)展成為本文研究的主要內容。
　　對于傳統(tǒng)的天線設計而言,輻射天線通常被放置在芯片封裝的外部,依靠饋線連接到芯片引腳上。由于此設計過長的連接電路及復雜的阻抗匹配關系,對于高頻信號來說,將會導致嚴重的電磁能量耗散,使高頻天線具有極低的輻射效率。而隨著當今集成化技術的飛速發(fā)展,片上天線(Antennas on Chip:AOC)技術

3、的提出為高頻天線提供了良好的設計環(huán)境并逐漸成為高頻天線設計的主流技術。然而片上環(huán)境也有其致命的缺點:其工藝中硅襯底的高介電常數及低電阻率會吸收大量的輻射能量,導致天線效率的大幅度下降,因此要采取有效的隔絕措施將天線與硅襯底分隔開來。而人工磁導體(Artificial Magnetic Conductor:AMC)憑借其特有的表面波帶隙及反射相位帶隙作為一種非常好的隔絕材料被我們應用于片上天線的設計中。
　　本文的主要研究脈絡及設計

4、內容如下:
　　(1)設計并研究了基于SMIC標準CMOS工藝的140GHz微帶天線,包括矩形微帶天線及E型微帶天線。詳細討論了兩款微帶天線各參數對其性能的影響,用E型微帶天線改善了矩形微帶天線的帶寬特性。
　　(2)設計并研究了基于SMIC標準CMOS工藝的140GHz偶極子天線,通過與加載接地板的偶極子天線的仿真結果對比,論證了在天線與硅基底間應加載一定隔絕措施的必要性。引出接下來對于人工磁導體的設計與研究。