毫米波封裝天線的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、由于極大帶寬及超高工作頻率特點，毫米波系統(tǒng)在高速通信、高精度雷達(dá)探測等方面具有廣泛應(yīng)用前景，其目前受到越來越多的關(guān)注。隨著工作頻率的不斷增高，天線等無源器件尺寸不斷縮小，這使得毫米波系統(tǒng)整體封裝集成成為可能。目前，很多科研機(jī)構(gòu)都致力于高性能、小尺寸、高集成度、尤其是低成本的毫米波系統(tǒng)研究。本論文在材料高頻性能表征、毫米波集成陣列天線設(shè)計、相控陣天線封裝以及低副瓣集成陣列天線設(shè)計等方面展開了研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.Roge

2、rs介質(zhì)材料在毫米波頻段的高頻特性研究。為了得到Rogers板材在毫米波頻段的特性，本文采用諧振環(huán)技術(shù)測量得到了Rogers板材的介電常數(shù)和損耗因子。測試得到的相對介電常數(shù)在2.3左右，其隨著頻率的升高有逐漸升高的趨勢。同時，本文還采用仿真擬合的方法得到了Rogers板材的相對介電常數(shù)，該結(jié)果與諧振環(huán)方法測得的結(jié)果具有很好的相關(guān)性。此外，本文根據(jù)測試得到的介電常數(shù)，對比了傳輸線的仿真與測試結(jié)果，得到了較好一致性。
　　2.60GH

3、z的差分集成陣列天線研究。本文設(shè)計實現(xiàn)了兩個未帶空氣腔和帶空氣腔的60GHz高增益寬帶平面陣列天線。為提高信號的完整性，天線采用差分饋電的形式來實現(xiàn)。互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計采用無源網(wǎng)絡(luò)的形式對鍵合線寄生參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，且與天線進(jìn)行了協(xié)同設(shè)計。測試時，本文采用基于硅基差分傳輸線的去嵌入測試方法，模擬實際芯片與天線的互連。測試結(jié)果顯示，有空氣腔和無空氣腔兩個天線S11-10dB相對帶寬分別為13.8％和26.2％，天線增益均為12dBi左右。去除反射

4、系數(shù)的影響后，該無源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)插損在61GHz下僅比50Ω差分線大0.07dB。
　　3.60GHz的差分封裝天線研究。提出了一種應(yīng)用于60GHz通信的無空氣槽的高增益、寬帶集成層疊天線。設(shè)計的60GHz天線單元和16陣元天線陣采用了低成本的傳統(tǒng)印制電路板工藝。為提高天線的增益、帶寬和輻射效率等性能，本文采用了覆蓋層和懸浮式金屬環(huán)結(jié)構(gòu)。天線單元的測試最大增益為8.9dBi，S11-10dB帶寬大于12GHz，且天線效率仿真值在60G

5、Hz頻帶大于90％。此外，為驗證天線陣掃相功能，本文還實現(xiàn)了兩個波束指向分別為0°和30°的16元天線陣，其實測最大增益分別為16.3dBi和13.6dBi。
　　4.60GHz單端相控封裝天線研究。采用傳統(tǒng)印制電路板工藝，提出了一種應(yīng)用于60GHz相控陣系統(tǒng)的低成本相控陣封裝方案。疊層結(jié)構(gòu)采用3層介質(zhì)和2層粘合介質(zhì)，用于實現(xiàn)天線單元、垂直準(zhǔn)同軸過渡結(jié)構(gòu)、天線饋線、電源和低速信號層。天線饋電采用縫隙耦合的形式來實現(xiàn)，并提出了緊湊型

6、的扇形阻抗匹配結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)同軸式換層過渡結(jié)構(gòu)。天線單元（包含準(zhǔn)同軸結(jié)構(gòu)）實際測試S11-10dB相對帶寬為20.2％，天線在62GHz增益達(dá)到最大為6.9dBi?；谠撎炀€單元，本文設(shè)計實現(xiàn)了16陣元的封裝相控陣天線，整體尺寸為14mm×14mm×0.925mm。各天線單元測試回波損耗在57.2到64.5GHz內(nèi)小于10dB，測試增益在四個IEEE802.15.3c通道內(nèi)增益約為6±2dBi。
　　5.100GHz低副瓣集成陣列天線研