基于CMOS工藝的60GHz片上天線研究.pdf

1、當(dāng)今，無(wú)線通信技術(shù)迅速發(fā)展，移動(dòng)終端、汽車設(shè)備等對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的需求日益強(qiáng)烈，對(duì)太赫茲頻段的天線研究也逐漸深入。特別是無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN：wireless personal area network），基于太赫茲頻段的通信頻率，可以實(shí)現(xiàn)電子設(shè)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(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)快40-100倍。同時(shí)，CMOS已經(jīng)成為一種可行的應(yīng)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(guò)縮

2、放得到改善。通過(guò)CMOS工藝，就能把太赫茲頻段的天線集成在單個(gè)芯片上。
　　片上天線（AOC:Antenna On Chip）是基于半導(dǎo)體工藝的集成系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)。相對(duì)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(huì)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(chǔ)。再?gòu)娜斯ご艑?dǎo)體技術(shù)的相關(guān)理論入手，主要介紹了人工磁導(dǎo)體兩個(gè)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(gè)人工磁導(dǎo)體表面相當(dāng)于一個(gè)理想磁導(dǎo)體。在這個(gè)理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兩種60GHz的人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)方案，分別為井字型人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和米字型人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并對(duì)于這兩個(gè)人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的性能仿真和分析，主要包括兩種人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在不同尺寸結(jié)構(gòu)以及位于不同金屬層時(shí)的輻射特性。對(duì)于井字型人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其諧振頻率達(dá)到60GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到了26.7％，而米字型人工

4、磁導(dǎo)體，其諧振頻率達(dá)到60GHz，相對(duì)帶寬則為25%。在基于以上的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了基于井字型人工磁導(dǎo)體的偶極子天線和單極子天線。其中基于井字型人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的偶極子天線，相比于沒(méi)有加載人工磁導(dǎo)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(dǎo)體結(jié)構(gòu)的單極子天線，同樣的，相比于未加載人工磁導(dǎo)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(shí)，在基于同樣結(jié)構(gòu)的人工磁導(dǎo)體的天線下，本