基于CMOS工藝的60GHz片上天線研究.pdf

1、當今，無線通信技術(shù)迅速發(fā)展，移動終端、汽車設備等對無線網(wǎng)絡的需求日益強烈，對太赫茲頻段的天線研究也逐漸深入。特別是無線個域網(wǎng)（WPAN：wireless personal area network），基于太赫茲頻段的通信頻率，可以實現(xiàn)電子設備之間的短距離的幾千兆比特每秒（GBPS）的傳輸通信，而且其數(shù)據(jù)交換率也要比現(xiàn)在的無線局域網(wǎng)技術(shù)快40-100倍。同時，CMOS已經(jīng)成為一種可行的應用于這些通信技術(shù)的材料，主要由于它的高頻能力可通過縮

2、放得到改善。通過CMOS工藝，就能把太赫茲頻段的天線集成在單個芯片上。
　　片上天線（AOC:Antenna On Chip）是基于半導體工藝的集成系統(tǒng)的天線設計。相對于比較普遍的PCB天線，不僅有利于縮小整體電路的尺寸，并且片上天線系統(tǒng)會大大降低由于互聯(lián)傳輸而引起的饋電部分的損耗。
　　本文首先基于天線的相關(guān)理論，介紹天線的相關(guān)參數(shù)，這是必備前提和基礎。再從人工磁導體技術(shù)的相關(guān)理論入手，主要介紹了人工磁導體兩個理論特性，一

3、是表面波帶隙特性，形成高阻抗表面，抑制表面波的傳播；二是反射相位帶隙特性，整個人工磁導體表面相當于一個理想磁導體。在這個理論的基礎上，設計了兩種60GHz的人工磁導體結(jié)構(gòu)方案，分別為井字型人工磁導體結(jié)構(gòu)和米字型人工磁導體結(jié)構(gòu)，并對于這兩個人工磁導體結(jié)構(gòu)進行具體的性能仿真和分析，主要包括兩種人工磁導體結(jié)構(gòu)在不同尺寸結(jié)構(gòu)以及位于不同金屬層時的輻射特性。對于井字型人工磁導體結(jié)構(gòu)，其諧振頻率達到60GHz，相對帶寬達到了26.7％，而米字型人工

4、磁導體，其諧振頻率達到60GHz，相對帶寬則為25%。在基于以上的基礎上，本文設計了基于井字型人工磁導體的偶極子天線和單極子天線。其中基于井字型人工磁導體結(jié)構(gòu)的偶極子天線，相比于沒有加載人工磁導體結(jié)構(gòu)的情況，增益提高了1.0dB，以及20.0%的輻射效率提升。基于井字型人工磁導體結(jié)構(gòu)的單極子天線，同樣的，相比于未加載人工磁導體結(jié)構(gòu)的單極子天線，有0.91dB的增益提高，和11%的輻射效率提升。同時，在基于同樣結(jié)構(gòu)的人工磁導體的天線下，本