双层硅基MEMS微带天线阵列研究

发布时间：2017-05-16 05:01

  本文关键词：双层硅基MEMS微带天线阵列研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：天线是无线通信系统不可或缺的组成部件之一，随着无线电技术和制造技术不断发展，对天线的性能和尺寸要求也日益提高。微带天线因具有剖面薄、体积小、重量轻、易与载体共形等特点，被广泛应用于各种小型无线通信系统中。然而传统以聚四氟乙烯为基底的微带天线具有带宽窄，增益低，容易产生表面波，不易与电路集成等缺陷，难以满足无线通信系统小型化和高性能的发展需要。 微机电系统（Micro Electro-Mechanical System, MEMS）具有微型化、集成化、可大批量生产，成本低廉的特点，能够为无线通信系统微小型化和高性能化发展提供重要技术支撑。将MEMS技术应用于微带天线领域，可以方便并且大量的制造出满足系统性能需要的天线，这已经成为微带天线发展的一个新方向。随着MEMS技术不断发展以及在其他微波器件中的应用，通过MEMS技术将微带天线和其他微波器件直接集成起来，是无线通信系统微小型化发展的趋势。 本文所设计的微带天线工作频率在X波段，中心频率为10GHz。采用高阻硅和低阻硅双层复合结构作为天线基底，获得合适的介电常数，以改善天线带宽特性。在天线地面通过刻蚀工艺引入U型哑铃缺陷地结构（defected ground structure，DGS）以改善天线传输特性，利用DGS的带阻特性成功抑制天线单元产生的高次谐波，增强了天线的抗干扰性能。在上述基础上，分别设计了1×2双单元微带天线阵列和2×2四单元微带天线阵列。在2×2微带天线阵列中，阵列设计采用面阵分布，侧向微带线馈电，同时对辐射前向馈线进行内插缩进处理，获得天线阵列良好辐射特性。设计结果表明，四单元微带天线阵列在面积为39.6mm*45.69mm，厚度为1mm时，阻抗带宽（VSWR≤2）约17.3%，，增益超过10.9dB。采用双层硅复合结构为天线复合基底，设计的2×2MEMS微带天线阵列具有宽频带和高增益的特点，同时能够满足无线通信系统小型化的要求。
【关键词】：微带天线 MEMS 硅 DGS
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820.15
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 本论文研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势12-13
• 1.3 本论文主要工作和结构安排13-17
• 第2章 微带天线理论基础17-23
• 2.1 微带天线的基本结构与理论基础17-18
• 2.1.1 微带天线的基本结构17-18
• 2.1.2 微带天线的辐射机理18
• 2.2 微带天线的分析方法18-20
• 2.2.1 传输线模型理论19
• 2.2.2 空腔模型理论19
• 2.2.3 全波模型法19-20
• 2.3 微带天线的特性参数20-22
• 2.3.1 微带天线的电路参数20-21
• 2.3.2 微带天线的辐射参数21
• 2.3.3 微带天线的 S 参数21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 双层硅基微带天线单元的研究与设计23-35
• 3.1 双层硅基微带天线单元的设计23-28
• 3.1.1 介质基底的设计23-25
• 3.1.2 微带贴片尺寸的计算25-26
• 3.1.3 馈电设计与阻抗匹配26-27
• 3.1.4 介质基底长度 Lg 和宽度 Wg 的计算27-28
• 3.2 双层硅基微带天线单元的仿真分析28-33
• 3.2.1 带宽仿真分析29-30
• 3.2.2 S 参数分析30-31
• 3.2.3 方向性分析31-32
• 3.2.4 输入阻抗分析32-33
• 3.3 本章小结33-35
• 第4章 缺陷地结构的设计与应用35-47
• 4.1 缺陷地结构的设计35-41
• 4.1.1 U 型哑铃 DGS 的设计35-36
• 4.1.2 U 型哑铃 DGS 的特性分析36-38
• 4.1.3 U 型哑铃 DGS 的参数提取38-41
• 4.2 U 型哑铃 DGS 在天线中的应用41-45
• 4.2.1 U 型哑铃 DGS 在天线单元中的设计42-43
• 4.2.2 加入 U 型哑铃 DGS 后天线单元的结果分析43-45
• 4.3 本章小结45-47
• 第5章 双单元与四单元微带天线阵列的设计与分析47-63
• 5.1 微带天线阵列设计理论47-50
• 5.1.1 微带线阵48-49
• 5.1.2 微带面阵49-50
• 5.2 微带天线阵列馈电结构设计50-52
• 5.2.1 并联馈电51
• 5.2.2 串联馈电51-52
• 5.3 双单元微带天线阵列的设计与分析52-56
• 5.3.1 双单元微带天线阵列的馈电设计52-53
• 5.3.2 双单元微带天线阵列的结构设计53-54
• 5.3.3 双单元微带天线阵列的仿真分析54-56
• 5.4 四单元微带天线阵列的设计与分析56-62
• 5.4.1 四单元微带天线阵列的馈电设计57-58
• 5.4.2 四单元微带天线阵列的结构设计58-59
• 5.4.3 四单元微带天线阵列的仿真分析59-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第6章 双层硅基 MEMS 微带天线阵列的制作与测试63-69
• 6.1 微带天线阵列 MEMS 加工工艺63-65
• 6.1.1 键合技术63-64
• 6.1.2 薄膜淀积64
• 6.1.3 光刻64-65
• 6.1.4 刻蚀65
• 6.2 MEMS 微带天线版图设计65-66
• 6.3 MEMS 微带天线加工工艺流程设计66-68
• 6.4 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单76-77
• 致谢77

【参考文献】

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本文编号：369577