本文關鍵詞：94GHz毫米波CMOS片上側射與端射微帶天線的研究

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【摘要】：以94GHz為中心頻率的W波段(75-110GHz)大氣窗口有寬達23GHz的帶寬,是寶貴的頻譜資源。相比于紅外頻段電磁波和可見光,毫米波在大氣中衰減小,穿透性好,大部分低能見度的天氣條件對它的影響不大。諸多的優(yōu)點使毫米波適合應用在雷達與制導系統(tǒng),毫米波電子對抗,毫米波通信等諸多領域。這些促使了毫米波段固態(tài)電路、尤其是集成電路的飛速發(fā)展。集成電路擁有諸多例如體積小,大批量生產的成本低等優(yōu)點,而作為當前主流的集成電路制造工藝,CMOS技術是毫米波集成電路制造的上佳選擇。由于毫米波片上天線的研究對對毫米波集成電路系統(tǒng)單芯片(System-on-Chip)的實現(xiàn)具有關鍵性的意義,并且是一種提供片間與片內互連的解決方案,CMOS工藝的片上天線成為近些年國內外研究的熱點,本文對94GHz CMOS工藝片上天線做了研究與設計。首先,本文第一章介紹了國內外片上天線的研究現(xiàn)狀,介紹了基于低阻和高阻基底工藝的片上天線以及當前流行的片上天線技術:例如人工磁導體(AMC)技術與介質諧振技術等。第一章還闡述了系統(tǒng)單芯片集成天線的重要性以及阻礙。第二章簡單介紹了本文天線用到的工藝和主要技術。CMOS工藝雖擁有多優(yōu)勢,但是其運用的低阻抗硅基底給片上天線研究帶來很大的困難,因為它給片上天線的輻射造成了嚴重的損耗。介質諧振是本文用于提高片上天線的效率與增益,獲得理想方向圖的關鍵手段,不同的諧振模式、好的設計能夠使片上天線性能實現(xiàn)質的飛躍,彌補低阻硅帶來的缺陷。本文第三章我們介紹了94GHz微帶片上天線設計的基本思路和片上天線測試方案,與現(xiàn)今主流的片上天線設計思路不同,微帶天線技術為本文片上天線的設計提供了思路,因為其金屬地的結構可以對天線輻射方向有一定的限定作用,從而減少低阻硅帶來的損耗。并且運用微帶型式可以使設計成本大大降低,增加了集成的靈活度,并且同時片上天線獲得了良好的性能。我們驗證了二氧化硅(SiO2)層的厚度的增加會使微帶結構片上天線的增益提高。第四章我們對相同結構天線加載不同的矩形介質塊,對不同天線結構加載相同矩形介質塊,得到了性能更好的片上天線,他們的尺寸非常小,并且擁有很寬的絕對帶寬和側射與端射的性能,并且在二氧化硅層非常薄的情況下達到了較高的效率與增益。
【關鍵詞】：毫米波 CMOS工藝 微帶天線 介質諧振
【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】：TN822
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 片上天線的研究背景與意義10-11
• 1.2 片上天線國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢11-16
• 1.2.1 基于CMOS和鍺化硅工藝的片上天線12-15
• 1.2.2 基于砷化鎵工藝，，運用高阻基底和其他工藝的片上天線15-16
• 1.3 本文的主要貢獻與創(chuàng)新16-17
• 1.4 本論文的結構安排17-19
• 第二章 CMOS工藝以及介質諧振理論19-27
• 2.1 一般 0.18微米CMOS工藝19-21
• 2.2 不利于片上天線的特性21
• 2.3 CMOS工藝片上天線的版圖設計21-22
• 2.4 矩形介質諧振器22-23
• 2.5 介質諧振天線23-25
• 2.5.1 矩形介質諧振天線的微帶饋電25
• 2.6 本章小節(jié)25-27
• 第三章 94GHZ微帶結構片上天線的設計27-36
• 3.1 CMOS片上天線關注的性能參數(shù)27-29
• 3.1.1 帶寬與片上天線帶寬設計的便利27-28
• 3.1.2 輻射效率以及CMOS工藝對其的影響28
• 3.1.3 增益：CMOS片上天線普遍較低的指標28-29
• 3.2 微帶圓形貼片片上天線的設計29-32
• 3.3 二氧化硅層厚度的影響32-33
• 3.4 CMOS片上天線測試方案33-35
• 3.5 本章小節(jié)35-36
• 第四章 加載介質塊的微帶結構片上天線36-58
• 4.1 加載單個矩形介質塊的片上天線36-44
• 4.1.1 鈍化層與膠的厚度與介電常數(shù)的影響38-40
• 4.1.2 加載不同矩形介質塊實現(xiàn)端射效果40-44
• 4.2 加載雙矩形介質塊的側射片上天線44-52
• 4.2.1 雙介質諧振的W波段小面積化端射片上天線49-52
• 4.3 本章小節(jié)52-58
• 第五章 總結與展望58-60
• 5.1 總結58-59
• 5.2 展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-67
• 攻讀碩士學位期間取得的成果67-68

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本文編號：1046904