基于LTCC的毫米波封装阵列天线设计

发布时间：2020-12-14 16:48

　　随着现代无线通信的迅猛发展,现有频段无法满足需求,而毫米波由于波长短、频带宽等优点,越来越受人关注。天线作为射频前端电路的重要组成部分,在采用高介电常数、低介质损耗的低温共烧陶瓷（LTCC）作为介质基板后,能够实现小型化、高性能设计。使用封装天线技术（AiP）在天线下方设置封装腔体,并且在封装腔体内采用3D-MCM集成射频芯片,通过三维层间互连实现射频系统的高集成度设计。本文进行了基于LTCC的毫米波封装阵列天线的设计与研究。首先,结合LTCC多层结构设计一款高辐射效率的圆形喇叭天线,并采用不同辐射缝隙对喇叭天线馈电,探究最佳辐射缝隙结构,并以此为天线单元通过等幅同相馈电网络进行阵列天线设计。其次,基于微带天线理论,在主辐射贴片周围设置寄生辐射贴片以提高天线增益,以此为天线单元进行阵列天线设计,并在天线单元间设置软表面结构以抑制表面波传播、进一步提高增益。最后,选取剖面高度更低的贴片阵列天线,在其下方设计封装层,完成封装阵列天线设计。使用三维电磁仿真软件HFSS分析封装天线各参数对辐射性能的影响,仿真结果显示所设计的基于软表面结构的封装阵列天线,其尺寸为32×29×2.268mm

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于层叠金属坏的微带阵列天线

该天线具有高增益、高隔离性和宽频带等特性，能够工作在 Ka 频段，且增益大于 19.8dBi。图1.2 一种锥形喇叭天线2013 年，Takuro Tajima,HoJin Song 等人利用 LTCC 的多层工艺设计了一种竖直喇叭天线[7]如图 1.3 所示。在介质层中设置空气腔体，并在腔体周围设置环绕的通孔阵列形成喇叭结构，由基片集成波导进行馈电。其中空气腔体的设置降低了整个介质层的相对介电常数，减小了介质损耗，提升了天线带宽和增益。天线能够工作在300GHz 频段，峰值增益可达 16dBi，并且尺寸较小易于进行封装集成。

西安电子科技大学硕士学位论文4图1.3 一种竖直喇叭天线但是以上几种天线的共同缺点是增益较低，且天线尺寸过大，难以满足现代通信小型化、高辐射增益的需求，因此天线的阵列设计是一种有效的解决方法。2013 年，Changfu Sun,Baolin Cao 等人通过在螺旋天线的介质层周围设置环形喇叭结构[8]，抑制圆锥辐射模式，实现宽频带和圆极化特性，天线单元的增益达到4.5dBi。作者在后续研究[9]中进行了 2×2 阵列天线设计，阵列天线整体结构图如 1.4 所示，该天线阵列增益提升至 11.8dBi。图1.4 2x2 螺旋阵列天线结构图2014 年，Baolin Cao,Hao Wang 等学者提出了一种工作于 W 波段的 L 型探针馈电阵列天线[10]

【参考文献】：
期刊论文
[1]低温共烧陶瓷(LTCC)技术新进展[J]. 杨邦朝,付贤民,胡永达.  电子元件与材料. 2008(06)
[2]阵列天线波束形状转换的方法[J]. 胡锦林,林世明.  电波科学学报. 1994(04)



本文编号：2916682