一種毫米波硅基片載端射天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天線，具體的說，是涉及一種毫米波硅基片載端射天線。
【背景技術(shù)】
[0002]天線，作為接收端的第一個(gè)元件和發(fā)射端的最后一個(gè)元件，都必須與電路相連接，因此，為了保證最大功率傳輸，阻抗匹配是必不可少的環(huán)節(jié)。此外，由于天線是常規(guī)PCB上實(shí)現(xiàn)，金絲鍵合用于將它們連接到集成電路，可以極大地影響匹配，尤其是在毫米波頻段，因?yàn)檫@些鍵合線通常具有不確定性，不能保證可重復(fù)性。相比之下，片載天線可以與前級(jí)電路一次集成，緩解了上述問題。
[0003]然而，在現(xiàn)有的低成本硅基半導(dǎo)體工藝中，襯底一般具有較低的電阻率(通常10Ω.cm)，天線向空間輻射的能量更多的通過襯底的低電阻路徑，從而導(dǎo)致增益下降。同時(shí)，襯底通常還具有高介電常數(shù)(er=l1.9)，導(dǎo)致天線的輻射功率被限制在襯底里邊，而不是被輻射到自由空間，進(jìn)一步降低了輻射效率。
[0004]而且，片載天線受限于輻射面積以及輻射效率，其增益往往處于一個(gè)非常低的水平(通常小于OdB)，無法滿足對(duì)天線增益要求高的場合。并且，受制于天線及前端電路尺寸，使得天線無法在大規(guī)模二維陣列的場合下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、高效率、高增益的毫米波硅基片載端射天線。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種毫米波硅基片載端射天線，包括硅襯底、CPW饋電端口、巴倫、偶極子、反射面;所述CPW饋電端口與所述巴倫連接;所述毫米波娃基片載端射天線通過所述偶極子向外福射能量;所述反射面與所述CPW饋電端口的接地面組合構(gòu)成反射器。
[0007]為了進(jìn)一步增加天線效率，該毫米波硅基片載端射天線還包括位于所述偶極子前端的介質(zhì)諧振引向器，所述介質(zhì)諧振引向器由所述偶極子前端延伸出的一段硅襯底構(gòu)成。
[0008]優(yōu)選的，所述介質(zhì)諧振引向器長度0.2-0.4λ8，與所述偶極子距離為0.3-0.4λ8，其中Ag為毫米波在硅襯底中的介質(zhì)波長。
[0009]優(yōu)選的，所述偶極子長度為0.2-0.5λ，寬度為0.02λ，其中，λ表示毫米波在真空中的介質(zhì)波長。
[0010]優(yōu)選的，所述反射面邊長尺寸大于2λ，其中，λ表示毫米波在真空中的介質(zhì)波長。
[0011]優(yōu)選的，所述娃襯底的厚度小于0.25Ag，其中Ag為毫米波在娃襯底中的介質(zhì)波長。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、高效率、高增益的優(yōu)點(diǎn)，增加了天線的阻抗帶寬，滿足在毫米波成像、毫米波通信以及毫米波相控陣等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。并且，本發(fā)明與主流CMOS工藝全面兼容，適用于各種電阻率的硅基片，且不需要額外的阻抗匹配部件。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0015]圖3為實(shí)施例中140GHz端射天線的反射系數(shù)。
[0016]圖4為實(shí)施例中140GHz端射天線的方向圖。
[0017]其中，附圖標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱:1-硅襯底，2-CPW饋電端口，3-巴倫，4-偶極子，5_反射面，6-介質(zhì)諧振引向器。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0019]如圖1-4所示，本實(shí)施例提供了一種毫米波硅基片載端射天線，該天線主要包括有硅襯底、饋電端口、巴倫、偶極子、反射面。其中:天線饋電端使用CPW形式饋電2，與巴倫3相連，經(jīng)過偶極子4向外輻射能量，偶極子長度為0.2-0.5λ，寬度為0.02λ。基于實(shí)際應(yīng)用，在天線饋電端引入反射面，其邊長尺寸大于2λ與饋電端的接地面一起組成反射器，與偶極子距離為0.3-0.4Ag。為了進(jìn)一步增加天線效率，在偶極子前端引入介質(zhì)諧振器引向器，介質(zhì)諧振器引向由偶極子前端延伸出的一段硅襯底組成，長度0.2-0.4Ag。天線寬度為0.4-0.5λε，娃襯底的厚度小于0.25*Ag( Ag為毫米波在娃襯底中的介質(zhì)波長)。通過上述設(shè)計(jì)的毫米波娃基片載端射天線具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、高效率、高增益的優(yōu)點(diǎn)，增加了天線的阻抗帶寬，滿足在毫米波成像、毫米波通信以及毫米波相控陣等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。
[0020]以140GHz作為工作頻率。選用七層金屬層的0.13umBiCMOS工藝，最頂層金屬的厚度為2-3um，最底層金屬為0.4-0.6um，最頂層金屬盒最底層金屬之間的介質(zhì)為Si02，厚度為I lum。芯片的襯底為硅介質(zhì)，相對(duì)介電常數(shù)為12，電阻率為10-20 Ω.cmXPW饋電端直接過渡到巴倫。偶極子的長度為700um，寬度為30um，與反射面的距離為200um。介質(zhì)諧振引向器長度為200um，天線寬度為1-2mm，娃襯底的厚度被減薄到10um。通過測試得知，本天線的-1OdB帶寬范圍為115GHz-180GHz，如圖3所示。本天線的增益為3.95dB，遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。同時(shí)本天線還實(shí)現(xiàn)了端射特性，如圖4所示。
[0021]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。值得說明的是，基于上述設(shè)計(jì)原理的前提下，為解決同樣的技術(shù)問題，即使在本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做出的一些無實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)或潤色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種毫米波硅基片載端射天線，其特征在于，包括硅襯底(I)、CPW饋電端口(2)、巴倫(3)、偶極子(4)、反射面(5);所述CPW饋電端口(2)與所述巴倫(3)連接;所述毫米波硅基片載端射天線通過所述偶極子(4)向外輻射能量;所述反射面(5)與所述CPW饋電端口(2)的接地面組合構(gòu)成反射器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種毫米波硅基片載端射天線，其特征在于，還包括位于所述偶極子(4)前端的介質(zhì)諧振引向器(6)，所述介質(zhì)諧振引向器(6)由所述偶極子(4)前端延伸出的一段娃襯底(I)構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種毫米波硅基片載端射天線，其特征在于，所述介質(zhì)諧振引向器(6)長度0.2-0.4Ag，與所述偶極子(4)距咼為0.3-0.4Ag，其中，Ag為暈米波在娃襯底中的介質(zhì)波長。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種毫米波硅基片載端射天線，其特征在于，所述偶極子(4)長度為0.2-0.5λ，寬度為0.02λ，其中，λ表示毫米波在真空中的介質(zhì)波長。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種毫米波硅基片載端射天線，其特征在于，所述反射面(5)邊長尺寸大于2λ，其中，λ表示毫米波在真空中的介質(zhì)波長。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種毫米波硅基片載端射天線，其特征在于，所述硅襯底(I)的厚度小于0.25Ag，其中，Ag為毫米波在娃襯底中的介質(zhì)波長。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種毫米波硅基片載端射天線，主要解決了現(xiàn)有毫米波硅基片載天線效率低、增益低以及片載天線加載的收發(fā)前端難以用于二維陣列的問題。該毫米波硅基片載端射天線，其特征在于，包括硅襯底（1）、CPW饋電端口（2）、巴倫（3）、偶極子（4）、反射面（5）；所述CPW饋電端口（2）與所述巴倫（3）連接；所述毫米波硅基片載端射天線通過所述偶極子（4）向外輻射能量；所述反射面（5）與所述CPW饋電端口（2）的接地面組合構(gòu)成反射器。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、高效率、高增益的優(yōu)點(diǎn)，增加了天線的阻抗帶寬，滿足在毫米波成像、毫米波通信以及毫米波相控陣等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q1/38
【公開號(hào)】CN105552541
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510986025
【發(fā)明人】鄧小東, 熊永忠
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院電子工程研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日