介质谐振器封装天线的设计及其电磁干扰问题的研究
发布时间：2021-08-09 00:20
自上世纪八十年代Long等实现圆柱形介质谐振器天线（DRA）的辐射以来,DRA由于其宽带、低损耗、重量轻等优点被广泛研究和使用。射频系统级封装（RF-SiP）具有多功能、小型化、低成本等特点,是目前备受国际关注的主流技术之一。将收发天线集成到RF-SiP中形成封装天线,可进一步提高系统的集成度以及工作性能。空心DRA拥有优异的辐射性能并可预留出充足的内部空间用于射频电路的封装和集成,非常适用于介质谐振器封装天线（DRAiP）的开发和应用。但若将射频电路直接暴露于DRAiP内部的近场环境,天线和射频电路之间则无法避免会存在相互干扰,因此在进行DRAiP的设计时需综合考虑其辐射性能和屏蔽特性。另外,差分天线及圆极化天线具有良好的抗干扰性能及较好的抑制共模噪声和多径散射的能力,可以很好的改善射频系统的稳定性及通信质量。本文结合封装天线的应用需求,提出了多款具有高屏蔽特性的宽带DRAiP,同时对封装场景中的场路电磁干扰问题进行了理论分析和实验测试。此外还提出了多种新型的天线馈电结构,实现了多款宽带差分DRA单元和阵列以及宽带圆极化DRA。本论文的主要工作和创新点可归纳如下:（1）将馈电结构和电...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型封装天线架构：（a）水平布局；（b）垂直布局；
第一章绪论-5-射效率等特性也具有很好的改善作用。（a）文献[10]（b）文献[11]（c）文献[12]（d）文献[14]（e）文献[18]（f）文献[19]图1-2多模式谐振型宽带DRA结构Fig.1-2WidebandDRAswithmultipleresonantmodes文献[20]提出了如下图1-3（a）所示的将微带天线和DRA相结合而构成的混合天线结构。在该设计中，微带天线在谐振的同时将能量耦合到DRA，从而在5.14-6.15GHz的频带内取得了23.5%的宽带效果。如下图1-3（b）所示为矩形缝隙馈电型宽带混合DRA结构，该结构在不同的频带内可以分别作为缝隙耦合馈电的矩形DRA和高介电常数介质加载的缝隙天线进行工作，宽频带内的良好匹配则可以通过调整微带线和DRA相对于缝隙的位置来加以优化。由于缝隙天线的半波长谐振和矩形DRA的TE基模具有比较相似的辐射方向图，因此通过合适的尺寸设计，文献[21]最终实现了一个相对带宽为25.0%的朝天顶方向辐射的宽带天线。在混合型天线的研究中，涉及最多的为单极子天线和DRA的组合设计[22-29]。文献[22]为最早的一篇发表于2005年的将两者进行结合的文章，天
上海交通大学博士学位论文-6-线结构如下图1-3（c）所示。文中四分之一波长的单极子天线在辐射的同时又为圆环形DRA提供了馈源，最终取得了能够全向辐射的工作于12GHz附近阻抗宽带为3:1的天线效果。基于该设计研究者们通过改变DRA的结构或者单极子的形状，设计出了很多具有超宽带特性的混合天线。如下图1-3（d）为将分形单极子天线嵌入到堆叠圆锥形DRA中的一种混合天线形式[28]，最终在2-40GHz的带宽内实现了天线的良好匹配，取得了出乎意料的宽带效果。此外，将平面单极子天线、共面波导感性缝隙等与DRA相结合，也是一些比较有效的通过引入不同天线的谐振来增加天线带宽的方法[30-32]，这些结构极大的丰富了宽带天线的类型，扩展了设计思路。（a）文献[20]（b）文献[21]（c）文献[22]（d）文献[28]图1-3其他天线与DRA相结合构成的混合型宽带天线结构Fig.1-3WidebandhybridantennascomposedofDRAandotherantennas（2）DRA的不同形状不同形状的DRA往往具有着不同的谐振模式和可调变量，因此改变介质谐振器的外形也是一种比较重要的增加天线带宽的方法。复杂的谐振器结构具有较多的可调参数及谐振点，更容易获得较宽的阻抗带宽，但具体的工作机理有时并不是特别明确。除了常见的矩形、圆柱形及半球形DRA之外，学者们对四边形、三角形以及分形DRA都做了研究，探究了不同形状所能达到的宽带效果[33-39]。文献[36]对如下图1-4（a）所示的30-75°-75°结构的探针馈电型三角形DRA进行了分析，获得47.4%的阻抗带宽。如下图1-4（b）所示为进行闵可夫斯基分形
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Review of Wideband Circularly Polarized Dielectric Resonator Antennas[J]. Ubaid Ullah,Mohd Fadzil Ain,Zainal Arifin Ahmad. 中国通信. 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]高功率微波对有源电路的损伤效应分析方法[J]. 高雪莲,冯楠,张晓宇,赵磊,高爽. 兰州理工大学学报. 2014(01)
[4]FDTD分析包含S参数器件模型的微波有源电路[J]. 李勇,苏道一,陈智慧,傅德民,张小苗. 微波学报. 2009(06)
硕士论文
[1]微波有源电路的FDTD仿真[D]. 胡小娟.西安电子科技大学 2002
本文编号：3330973
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型封装天线架构：（a）水平布局；（b）垂直布局；
第一章绪论-5-射效率等特性也具有很好的改善作用。（a）文献[10]（b）文献[11]（c）文献[12]（d）文献[14]（e）文献[18]（f）文献[19]图1-2多模式谐振型宽带DRA结构Fig.1-2WidebandDRAswithmultipleresonantmodes文献[20]提出了如下图1-3（a）所示的将微带天线和DRA相结合而构成的混合天线结构。在该设计中，微带天线在谐振的同时将能量耦合到DRA，从而在5.14-6.15GHz的频带内取得了23.5%的宽带效果。如下图1-3（b）所示为矩形缝隙馈电型宽带混合DRA结构，该结构在不同的频带内可以分别作为缝隙耦合馈电的矩形DRA和高介电常数介质加载的缝隙天线进行工作，宽频带内的良好匹配则可以通过调整微带线和DRA相对于缝隙的位置来加以优化。由于缝隙天线的半波长谐振和矩形DRA的TE基模具有比较相似的辐射方向图，因此通过合适的尺寸设计，文献[21]最终实现了一个相对带宽为25.0%的朝天顶方向辐射的宽带天线。在混合型天线的研究中，涉及最多的为单极子天线和DRA的组合设计[22-29]。文献[22]为最早的一篇发表于2005年的将两者进行结合的文章，天
上海交通大学博士学位论文-6-线结构如下图1-3（c）所示。文中四分之一波长的单极子天线在辐射的同时又为圆环形DRA提供了馈源，最终取得了能够全向辐射的工作于12GHz附近阻抗宽带为3:1的天线效果。基于该设计研究者们通过改变DRA的结构或者单极子的形状，设计出了很多具有超宽带特性的混合天线。如下图1-3（d）为将分形单极子天线嵌入到堆叠圆锥形DRA中的一种混合天线形式[28]，最终在2-40GHz的带宽内实现了天线的良好匹配，取得了出乎意料的宽带效果。此外，将平面单极子天线、共面波导感性缝隙等与DRA相结合，也是一些比较有效的通过引入不同天线的谐振来增加天线带宽的方法[30-32]，这些结构极大的丰富了宽带天线的类型，扩展了设计思路。（a）文献[20]（b）文献[21]（c）文献[22]（d）文献[28]图1-3其他天线与DRA相结合构成的混合型宽带天线结构Fig.1-3WidebandhybridantennascomposedofDRAandotherantennas（2）DRA的不同形状不同形状的DRA往往具有着不同的谐振模式和可调变量，因此改变介质谐振器的外形也是一种比较重要的增加天线带宽的方法。复杂的谐振器结构具有较多的可调参数及谐振点，更容易获得较宽的阻抗带宽，但具体的工作机理有时并不是特别明确。除了常见的矩形、圆柱形及半球形DRA之外，学者们对四边形、三角形以及分形DRA都做了研究，探究了不同形状所能达到的宽带效果[33-39]。文献[36]对如下图1-4（a）所示的30-75°-75°结构的探针馈电型三角形DRA进行了分析，获得47.4%的阻抗带宽。如下图1-4（b）所示为进行闵可夫斯基分形
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Review of Wideband Circularly Polarized Dielectric Resonator Antennas[J]. Ubaid Ullah,Mohd Fadzil Ain,Zainal Arifin Ahmad. 中国通信. 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]高功率微波对有源电路的损伤效应分析方法[J]. 高雪莲,冯楠,张晓宇,赵磊,高爽. 兰州理工大学学报. 2014(01)
[4]FDTD分析包含S参数器件模型的微波有源电路[J]. 李勇,苏道一,陈智慧,傅德民,张小苗. 微波学报. 2009(06)
硕士论文
[1]微波有源电路的FDTD仿真[D]. 胡小娟.西安电子科技大学 2002
本文编号：3330973
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