發(fā)布時間：2017-06-25 13:04

  本文關鍵詞：基于CMOS技術高增益高效率60 GHz微帶結構片上天線研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無線通信技術和CMOS工藝技術的飛速發(fā)展,無線射頻集成電路的發(fā)展不斷涌現新的熱點研究,天線作為無線通信系統(tǒng)重要模塊,因此基于CMOS技術高性能小型化的片上天線成為聚焦,尤其是具有顯著優(yōu)點的60 GHz頻段吸引了廣大學者的興趣。片上天線使電路與天線集成,減少了芯片匹配模塊,提高了片上系統(tǒng)集成度,降低了封裝和布線復雜度,進一步推進了集成電路小型化發(fā)展。然而,低電阻率和高介電常數的硅襯底損耗和束縛使得片上天線增益和輻射效率很低。通過文獻調研,借鑒傳統(tǒng)天線理論,本文整理并提出了一種基于微帶結構創(chuàng)新型解決方案,根據片上天線應用場合,研究設計了應用在水平空間通信和垂直空間通信的高性能60 GHz片上天線,主要研究內容如下:首先本文調研片上天線的研究背景以及國內外發(fā)展狀況,對已公開發(fā)表的片上天線進行分類整理,研究能量損耗原因,探索屏蔽硅襯底損耗方法,探索加載介質諧振器提高增益方法,為高增益高效率片上天線設計做鋪墊。通過借鑒傳統(tǒng)天線理論,提出了解決低電阻率高介電常數硅襯底損耗的新思路,在M1金屬層采用全地板結構降低電磁波進入硅襯底。通過分析貼片電流分布調整貼片大小和基片大小等相關參數,借助ANSOFT公司電磁場仿真軟件HFSS優(yōu)化設計了一款微帶結構的小型化高性能片上天線。天線成功流片后,采用安捷倫矢量網絡分析儀測試天線回波損耗,通過構建絕對增益測試網絡測試天線的增益,并對天線測試結果和仿真結果進行了對比和分析。為了進一步提高天線增益,提出了在貼片天線上方加載高介電常數陶瓷介質諧振器,形成增強型耦合,這在已公開發(fā)表的片上天線成果中是首次在貼片天線上方加載介質諧振器。通過研究片上天線環(huán)境介質諧振器與貼片天線的電磁耦合規(guī)律,得到天線結構原型。根據整理的加載介質諧振器高性能側射片上天線設計步驟,設計了一款60 GHz高增益高輻射效率側射片上天線。天線成功流片后,同樣采用第三章測試方法進行測試并對比仿真結果和測試結果。由于采用八木結構等傳統(tǒng)端射型片上天線的端射方向增益和輻射效率都很低,第五章創(chuàng)新采用加載介質諧振器的貼片天線結構,應用介質諧振器與貼片天線的耦合規(guī)律,設計加工測試了一款60 GHz高性能加載介質諧振器端射片上天線。最后,概括本文的研究成果和實際意義,并指出未來的研究方向。
【關鍵詞】：CMOS工藝技術 60 GHz 片上天線設計 貼片天線 介質諧振器
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 基于CMOS技術毫米波集成電路研究背景10-13
• 1.1.1 片上天線的研究背景及意義10-12
• 1.1.2 60 GHz毫米波天線的研究意義12-13
• 1.2 基于CMOS技術片上天線研究現狀與挑戰(zhàn)13-21
• 1.2.1 硅襯底CMOS工藝的片上天線研究概述13-15
• 1.2.2 提高片上天線性能的解決方案15-18
• 1.2.3 片上天線的新挑戰(zhàn)18-21
• 1.3 本文的主要貢獻與創(chuàng)新21-22
• 1.4 本論文的結構安排22-23
• 第二章 片上天線物理設計和性能設計理論23-35
• 2.1 片上天線物理設計23-26
• 2.1.1 CMOS工藝介紹23-24
• 2.1.2 片上天線版圖設計及驗證24-26
• 2.2 天線性能設計理論26-34
• 2.2.1 介質諧振天線設計理論26-32
• 2.2.2 微帶天線設計理論32-34
• 2.3 本章小結34-35
• 第三章 微帶結構小型化高性能片上天線設計35-46
• 3.1 60 GHz微帶結構片上天線性能設計35-40
• 3.1.1 工作原理35-36
• 3.1.2 天線結構36
• 3.1.3 參數優(yōu)化36-40
• 3.2 仿真結果分析40-42
• 3.3 天線加工和測試42-45
• 3.4 本章小結45-46
• 第四章 加載介質諧振器高性能側射片上天線設計46-58
• 4.1 天線結構和工作原理46-47
• 4.2 天線設計步驟47-52
• 4.3 仿真結果分析52-55
• 4.4 天線加工和測試55-57
• 4.5 本章小結57-58
• 第五章 加載介質諧振器高性能端射片上天線設計58-70
• 5.1 天線結構和工作原理58-60
• 5.2 天線參數分析與設計60-64
• 5.3 天線仿真和測試結果分析64-69
• 5.4 本章小結69-70
• 第六章 總結與展望70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-76
• 攻讀碩士學位期間取得的成果76-77

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本文編號：482172