介質(zhì)諧振器封裝天線的設(shè)計及其電磁干擾問題的研究
發(fā)布時間：2021-08-09 00:20
自上世紀(jì)八十年代Long等實現(xiàn)圓柱形介質(zhì)諧振器天線（DRA）的輻射以來,DRA由于其寬帶、低損耗、重量輕等優(yōu)點被廣泛研究和使用。射頻系統(tǒng)級封裝（RF-SiP）具有多功能、小型化、低成本等特點,是目前備受國際關(guān)注的主流技術(shù)之一。將收發(fā)天線集成到RF-SiP中形成封裝天線,可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的集成度以及工作性能�？招腄RA擁有優(yōu)異的輻射性能并可預(yù)留出充足的內(nèi)部空間用于射頻電路的封裝和集成,非常適用于介質(zhì)諧振器封裝天線（DRAiP）的開發(fā)和應(yīng)用。但若將射頻電路直接暴露于DRAiP內(nèi)部的近場環(huán)境,天線和射頻電路之間則無法避免會存在相互干擾,因此在進(jìn)行DRAiP的設(shè)計時需綜合考慮其輻射性能和屏蔽特性。另外,差分天線及圓極化天線具有良好的抗干擾性能及較好的抑制共模噪聲和多徑散射的能力,可以很好的改善射頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性及通信質(zhì)量。本文結(jié)合封裝天線的應(yīng)用需求,提出了多款具有高屏蔽特性的寬帶DRAiP,同時對封裝場景中的場路電磁干擾問題進(jìn)行了理論分析和實驗測試。此外還提出了多種新型的天線饋電結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了多款寬帶差分DRA單元和陣列以及寬帶圓極化DRA。本論文的主要工作和創(chuàng)新點可歸納如下:（1）將饋電結(jié)構(gòu)和電...
【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：162 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
典型封裝天線架構(gòu)：（a）水平布局；（b）垂直布局；
第一章緒論-5-射效率等特性也具有很好的改善作用。（a）文獻(xiàn)[10]（b）文獻(xiàn)[11]（c）文獻(xiàn)[12]（d）文獻(xiàn)[14]（e）文獻(xiàn)[18]（f）文獻(xiàn)[19]圖1-2多模式諧振型寬帶DRA結(jié)構(gòu)Fig.1-2WidebandDRAswithmultipleresonantmodes文獻(xiàn)[20]提出了如下圖1-3（a）所示的將微帶天線和DRA相結(jié)合而構(gòu)成的混合天線結(jié)構(gòu)。在該設(shè)計中，微帶天線在諧振的同時將能量耦合到DRA，從而在5.14-6.15GHz的頻帶內(nèi)取得了23.5%的寬帶效果。如下圖1-3（b）所示為矩形縫隙饋電型寬帶混合DRA結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在不同的頻帶內(nèi)可以分別作為縫隙耦合饋電的矩形DRA和高介電常數(shù)介質(zhì)加載的縫隙天線進(jìn)行工作，寬頻帶內(nèi)的良好匹配則可以通過調(diào)整微帶線和DRA相對于縫隙的位置來加以優(yōu)化。由于縫隙天線的半波長諧振和矩形DRA的TE基模具有比較相似的輻射方向圖，因此通過合適的尺寸設(shè)計，文獻(xiàn)[21]最終實現(xiàn)了一個相對帶寬為25.0%的朝天頂方向輻射的寬帶天線。在混合型天線的研究中，涉及最多的為單極子天線和DRA的組合設(shè)計[22-29]。文獻(xiàn)[22]為最早的一篇發(fā)表于2005年的將兩者進(jìn)行結(jié)合的文章，天
上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文-6-線結(jié)構(gòu)如下圖1-3（c）所示。文中四分之一波長的單極子天線在輻射的同時又為圓環(huán)形DRA提供了饋源，最終取得了能夠全向輻射的工作于12GHz附近阻抗寬帶為3:1的天線效果。基于該設(shè)計研究者們通過改變DRA的結(jié)構(gòu)或者單極子的形狀，設(shè)計出了很多具有超寬帶特性的混合天線。如下圖1-3（d）為將分形單極子天線嵌入到堆疊圓錐形DRA中的一種混合天線形式[28]，最終在2-40GHz的帶寬內(nèi)實現(xiàn)了天線的良好匹配，取得了出乎意料的寬帶效果。此外，將平面單極子天線、共面波導(dǎo)感性縫隙等與DRA相結(jié)合，也是一些比較有效的通過引入不同天線的諧振來增加天線帶寬的方法[30-32]，這些結(jié)構(gòu)極大的豐富了寬帶天線的類型，擴展了設(shè)計思路。（a）文獻(xiàn)[20]（b）文獻(xiàn)[21]（c）文獻(xiàn)[22]（d）文獻(xiàn)[28]圖1-3其他天線與DRA相結(jié)合構(gòu)成的混合型寬帶天線結(jié)構(gòu)Fig.1-3WidebandhybridantennascomposedofDRAandotherantennas（2）DRA的不同形狀不同形狀的DRA往往具有著不同的諧振模式和可調(diào)變量，因此改變介質(zhì)諧振器的外形也是一種比較重要的增加天線帶寬的方法。復(fù)雜的諧振器結(jié)構(gòu)具有較多的可調(diào)參數(shù)及諧振點，更容易獲得較寬的阻抗帶寬，但具體的工作機理有時并不是特別明確。除了常見的矩形、圓柱形及半球形DRA之外，學(xué)者們對四邊形、三角形以及分形DRA都做了研究，探究了不同形狀所能達(dá)到的寬帶效果[33-39]。文獻(xiàn)[36]對如下圖1-4（a）所示的30-75°-75°結(jié)構(gòu)的探針饋電型三角形DRA進(jìn)行了分析，獲得47.4%的阻抗帶寬。如下圖1-4（b）所示為進(jìn)行閔可夫斯基分形
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A Review of Wideband Circularly Polarized Dielectric Resonator Antennas[J]. Ubaid Ullah,Mohd Fadzil Ain,Zainal Arifin Ahmad. 中國通信. 2017(06)
[2]Antenna-in-package system integrated with meander line antenna based on LTCC technology[J]. Gang DONG,Wei XIONG,Zhao-yao WU,Yin-tang YANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2016(01)
[3]高功率微波對有源電路的損傷效應(yīng)分析方法[J]. 高雪蓮,馮楠,張曉宇,趙磊,高爽. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報. 2014(01)
[4]FDTD分析包含S參數(shù)器件模型的微波有源電路[J]. 李勇,蘇道一,陳智慧,傅德民,張小苗. 微波學(xué)報. 2009(06)
碩士論文
[1]微波有源電路的FDTD仿真[D]. 胡小娟.西安電子科技大學(xué) 2002
本文編號：3330973
【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：162 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
典型封裝天線架構(gòu)：（a）水平布局；（b）垂直布局；
第一章緒論-5-射效率等特性也具有很好的改善作用。（a）文獻(xiàn)[10]（b）文獻(xiàn)[11]（c）文獻(xiàn)[12]（d）文獻(xiàn)[14]（e）文獻(xiàn)[18]（f）文獻(xiàn)[19]圖1-2多模式諧振型寬帶DRA結(jié)構(gòu)Fig.1-2WidebandDRAswithmultipleresonantmodes文獻(xiàn)[20]提出了如下圖1-3（a）所示的將微帶天線和DRA相結(jié)合而構(gòu)成的混合天線結(jié)構(gòu)。在該設(shè)計中，微帶天線在諧振的同時將能量耦合到DRA，從而在5.14-6.15GHz的頻帶內(nèi)取得了23.5%的寬帶效果。如下圖1-3（b）所示為矩形縫隙饋電型寬帶混合DRA結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在不同的頻帶內(nèi)可以分別作為縫隙耦合饋電的矩形DRA和高介電常數(shù)介質(zhì)加載的縫隙天線進(jìn)行工作，寬頻帶內(nèi)的良好匹配則可以通過調(diào)整微帶線和DRA相對于縫隙的位置來加以優(yōu)化。由于縫隙天線的半波長諧振和矩形DRA的TE基模具有比較相似的輻射方向圖，因此通過合適的尺寸設(shè)計，文獻(xiàn)[21]最終實現(xiàn)了一個相對帶寬為25.0%的朝天頂方向輻射的寬帶天線。在混合型天線的研究中，涉及最多的為單極子天線和DRA的組合設(shè)計[22-29]。文獻(xiàn)[22]為最早的一篇發(fā)表于2005年的將兩者進(jìn)行結(jié)合的文章，天
上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文-6-線結(jié)構(gòu)如下圖1-3（c）所示。文中四分之一波長的單極子天線在輻射的同時又為圓環(huán)形DRA提供了饋源，最終取得了能夠全向輻射的工作于12GHz附近阻抗寬帶為3:1的天線效果。基于該設(shè)計研究者們通過改變DRA的結(jié)構(gòu)或者單極子的形狀，設(shè)計出了很多具有超寬帶特性的混合天線。如下圖1-3（d）為將分形單極子天線嵌入到堆疊圓錐形DRA中的一種混合天線形式[28]，最終在2-40GHz的帶寬內(nèi)實現(xiàn)了天線的良好匹配，取得了出乎意料的寬帶效果。此外，將平面單極子天線、共面波導(dǎo)感性縫隙等與DRA相結(jié)合，也是一些比較有效的通過引入不同天線的諧振來增加天線帶寬的方法[30-32]，這些結(jié)構(gòu)極大的豐富了寬帶天線的類型，擴展了設(shè)計思路。（a）文獻(xiàn)[20]（b）文獻(xiàn)[21]（c）文獻(xiàn)[22]（d）文獻(xiàn)[28]圖1-3其他天線與DRA相結(jié)合構(gòu)成的混合型寬帶天線結(jié)構(gòu)Fig.1-3WidebandhybridantennascomposedofDRAandotherantennas（2）DRA的不同形狀不同形狀的DRA往往具有著不同的諧振模式和可調(diào)變量，因此改變介質(zhì)諧振器的外形也是一種比較重要的增加天線帶寬的方法。復(fù)雜的諧振器結(jié)構(gòu)具有較多的可調(diào)參數(shù)及諧振點，更容易獲得較寬的阻抗帶寬，但具體的工作機理有時并不是特別明確。除了常見的矩形、圓柱形及半球形DRA之外，學(xué)者們對四邊形、三角形以及分形DRA都做了研究，探究了不同形狀所能達(dá)到的寬帶效果[33-39]。文獻(xiàn)[36]對如下圖1-4（a）所示的30-75°-75°結(jié)構(gòu)的探針饋電型三角形DRA進(jìn)行了分析，獲得47.4%的阻抗帶寬。如下圖1-4（b）所示為進(jìn)行閔可夫斯基分形
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A Review of Wideband Circularly Polarized Dielectric Resonator Antennas[J]. Ubaid Ullah,Mohd Fadzil Ain,Zainal Arifin Ahmad. 中國通信. 2017(06)
[2]Antenna-in-package system integrated with meander line antenna based on LTCC technology[J]. Gang DONG,Wei XIONG,Zhao-yao WU,Yin-tang YANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2016(01)
[3]高功率微波對有源電路的損傷效應(yīng)分析方法[J]. 高雪蓮,馮楠,張曉宇,趙磊,高爽. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報. 2014(01)
[4]FDTD分析包含S參數(shù)器件模型的微波有源電路[J]. 李勇,蘇道一,陳智慧,傅德民,張小苗. 微波學(xué)報. 2009(06)
碩士論文
[1]微波有源電路的FDTD仿真[D]. 胡小娟.西安電子科技大學(xué) 2002
本文編號：3330973
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