60GHz基于AMC結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝片上天線研究.pdf

1、當(dāng)今,隨著無線通信和集成電路的迅速發(fā)展,個人無線通信得到了廣泛的關(guān)注。由于60GHz這一頻段在國際上不受限制,所以學(xué)者們對這一頻段的個人無線通信單元進(jìn)行了深入的研究。由于60GHz是在射頻頻段,所以該頻段的天線結(jié)構(gòu)尺寸非常小,而現(xiàn)在的集成電路工藝可以將該頻段的天線集成在芯片上,即片上天線(Antenna On Chip:AOC)。但是根據(jù)傳統(tǒng)方式設(shè)計的片上天線在現(xiàn)在應(yīng)用較廣的半導(dǎo)體工藝——標(biāo)準(zhǔn)硅工藝上(CMOS)的輻射效率低下,主要是因

2、為標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝摻雜硅基底的高相對介電常數(shù)和低的電導(dǎo)率。所以,如何提高片上天線的輻射效率是當(dāng)今學(xué)術(shù)界研究的主要問題。
　　現(xiàn)在,解決這一問題的方法主要有:通過離子注入的方式提高片上天線下方硅基底的電阻率、選擇硅基底較薄的CMOS工藝實現(xiàn)片上天線、通過微加工的方式去掉硅基底、引入隔離層分離片上天線和硅基底、合理設(shè)計鈍化層使其兼具保護和聚焦功能,還有就是本文主要探索研究的方式——利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝六層金屬結(jié)構(gòu)在片上天線和硅基底之間

3、加入人工磁導(dǎo)體金屬單元周期結(jié)構(gòu)。本文主要研究工作如下:
　　1.分析總結(jié)人工磁導(dǎo)體和片上天線發(fā)展的背景和歷程,為研究做理論性的指導(dǎo)和鋪墊,并且為自己研究提供可行性依據(jù)。
　　2.分析研究典型高阻抗表面設(shè)計的電路原理,包括早期的有金屬通孔的高阻抗表面和后期發(fā)展的沒有金屬通孔的高阻抗表面,給出了各個高阻抗表面金屬單元結(jié)構(gòu)推導(dǎo)公式、等效傳輸線圖和集總電路原理圖。并且分析說明了高阻抗表面和人工磁導(dǎo)體之間的關(guān)系?，F(xiàn)在的人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)主

4、要是抑制表面波,提高天線輻射效率。
　　3.分析天線的各個參數(shù)和指標(biāo),根據(jù)理論設(shè)計出片上微帶天線和片上偶極子天線,仿真優(yōu)化使這兩種天線滿足60GHz頻段要求。
　　4.根據(jù)人工磁導(dǎo)體理論,設(shè)計出簡單的標(biāo)準(zhǔn)十字形人工磁導(dǎo)體金屬單元結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上優(yōu)化出滿足60GHz條件的米字形人工磁導(dǎo)體金屬單元結(jié)構(gòu)。
　　5.將設(shè)計出新型結(jié)構(gòu)的人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)應(yīng)用在兩種片上天線上,分析比較人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對片上天線性能的影響。改變?nèi)斯ご艑?dǎo)體