1、引言

 

無wu線xian寬kuan帶dai通tong信xin的de迅xun猛meng發fa展zhan需xu要yao能neng傳chuan輸shu高gao比bi特te率lv的de新xin型xing寬kuan帶dai天tian線xian。毫hao米mi波bo段duan是shi短duan距ju離li高gao比bi特te率lv無wu線xian通tong信xin的de重zhong要yao波bo段duan。所suo以yi近jin年nian來lai，毫hao米mi波bo段duan小xiao型xing高gao性xing能neng的de超chao寬kuan帶dai天tian線xian吸xi引yin了le大da量liang的de研yan究jiu人ren員yuan在zai這zhe方fang麵mian進jin行xing研yan究jiu工gong作zuo。

 

天線設計的另一個重要趨勢是集成天線的射頻前端電路。在過去幾年中
，低溫共燒陶瓷技術(LTCC)大量用於射頻前端電路。但是
，LTCC由於其相對較高的介電常數會導致阻抗帶寬較窄和明顯的表麵波，並不是一種理想的用於天線集成的材料。最近，提出了將液晶聚合物(LCP)材料用於微波和毫米波射頻前端電路集成和封裝。LCP作為一種新材料，損耗比LTCC更低
，非常適用於製造微波，毫米波設備
，因而有很好的應用前景。其優點如下：低損耗（頻率為60GHz時，損耗角正切值0.002-0.004）


，靈活性
，密封性（吸水率小於0.004％）[1]。正是基於以上優點，LCP可用於製造高頻器件。

 

2、超寬帶槽天線設計

 

2.1 單層槽天線的結構設計

 

錐形槽天線是一種重要的超寬帶天線類型,xianshileyixieyoudianrukuandaihegaozengyi。cileitianxiandejibenshejiyuanze。zaichuantongdezhuixingcaotianxianzhongjiedibanshimeiyoushiyongde，nengyuanfushedaozhuixingcaodeliangce。zaishejijichengtianxian，yibanxuyaobatianxiananzhuangzaijinshudibanzhishang，danshijinshubanhuiyanzhongyingxiangtianxianxingneng，rujianshaogongzuodaikuan。yinci
，daidibandezhuixingcaotianxianshejishiyixiangzhongyaodegongzuoheyanjundetiaozhan。

 

圖１是LCP工藝結構的側視圖。電路板由８層金屬和７層介質組成，厚度分別為h1=50μm ，h2=18μm，介質層的相對介電常數是2.9。

 

圖1 LCP工藝結構圖

 

我們基於多層LCP電路板設計帶地板的覆蓋毫米波低頻段的超寬帶槽天線。立體結構如圖２所示。能量通過最上層的微帶線饋入天線，線性錐形槽放在第三層金屬上
，通過微帶－槽線將能量從饋線耦合到輻射槽，見圖4。duiyuweidaikuixianlaijiang，disancengjinshuxiangdangyudiban

，yinciyongjinshuzhujiangfushecaohejiedibanlianzaiyiqi。dier
，si
，wu，liu，qidejinshushikexingchengkongqixi，youlianggechangfangtizucheng
，xingzhuangleisiyu“凸”字，如圖5所示。這兩個長方體的尺寸分別是L9×W7×h1, L10×W8×h1。空kong氣qi隙xi主zhu要yao作zuo用yong是shi增zeng加jia介jie質zhi層ceng的de厚hou度du，展zhan寬kuan帶dai寬kuan。另ling外wai
，由you於yu金jin屬shu層ceng隻zhi是shi蝕shi刻ke去qu一yi部bu分fen，可ke以yi加jia強qiang機ji械xie強qiang度du。優you化hua後hou的de結jie構gou尺chi寸cun見jian表biao格ge1。

 

圖2 立體結構圖

 

圖3 第一層微帶線

 

圖4 第三層輻射槽

 

圖5 第2，4，5，6
，7層的空氣隙

 

表1 單層錐形槽的尺寸

 

2.1.2 天線的仿真結果

使用Ansoft HFSS 和 CST 軟件對這種天線模型進行了仿真,仿真結果如圖6所示。反射係數小於-10dB的帶寬僅從40GHz至52GHz。42GHz和47GHz兩個諧振點的增益分別為2.1dBi，3.0dBi。兩種軟件的仿真結果表明很難達到設計要求。
 

 

 

圖6 單層錐形槽的S11圖

 

2.2 雙層槽天線的結構設計

 

單(dan)層(ceng)槽(cao)天(tian)線(xian)的(de)仿(fang)真(zhen)結(jie)果(guo)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)對(dui)帶(dai)寬(kuan)的(de)要(yao)求(qiu)。為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)展(zhan)寬(kuan)帶(dai)寬(kuan)，考(kao)慮(lv)到(dao)此(ci)類(lei)天(tian)線(xian)主(zhu)要(yao)由(you)直(zhi)線(xian)漸(jian)變(bian)縫(feng)隙(xi)輻(fu)射(she)，因(yin)此(ci)在(zai)原(yuan)來(lai)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，將(jiang)第(di)五(wu)層(ceng)金(jin)屬(shu)蝕(shi)刻(ke)成(cheng)另(ling)一(yi)個(ge)不(bu)同(tong)尺(chi)寸(cun)的(de)錐(zhui)形(xing)槽(cao)，見(jian)圖(tu)7。結構尺寸見表格2。

 

圖7 第五層錐形槽

 

表2 第五層錐形槽尺寸

 

2.2.2 天線的仿真結果

 

同樣，我們使用Ansoft HFSS和 CST兩種軟件對天線模型進行了仿真


，見圖9。從S11圖可以看出雙層的錐形槽大大展寬了帶寬，反射係數小於-10dB的帶寬從33GHz－60GHz
，覆蓋毫米波低頻段。在三個諧振點39GHz
，42.6GHz，52.7GHz的增益分別為2.1dBi，3.0dBi，3.2dBi
，方向圖如下所示。

 

圖8 雙層錐形槽的S11圖

 

(a) f=39GHz (b) f=42.6GHz (c) f=52.7GHz

 

圖9 天線的方向圖(phi=0o)

 

從圖9可ke以yi看kan出chu

，錐zhui形xing槽cao天tian線xian顯xian示shi出chu明ming顯xian的de多duo頻pin特te性xing。諧xie振zhen點dian的de位wei置zhi主zhu要yao有you漸jian變bian縫feng隙xi的de長chang度du決jue定ding，當dang漸jian變bian縫feng隙xi的de長chang度du變bian長chang時shi，同tong一yi頻pin段duan的de諧xie振zhen點dian變bian多duo。而er且qie
，漸jian變bian縫feng隙xi的de張zhang角jiao對dui諧xie振zhen點dian的de回hui波bo損sun耗hao值zhi有you影ying響xiang。通tong過guo方fang向xiang圖tu發fa現xian，此ci類lei天tian線xian具ju有you十shi分fen穩wen定ding的de方fang向xiang圖tu，隨sui著zhe頻pin率lv的de升sheng高gao
，天tian線xian的de方fang向xiang性xing在zai逐zhu漸jian增zeng強qiang，波bo束shu寬kuan度du在zai變bian窄zhai但dan波bo束shu指zhi向xiang始shi終zhong不bu變bian。

 

3 、結論

 

本文基於LCP電(dian)路(lu)工(gong)藝(yi)
，提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)毫(hao)米(mi)波(bo)段(duan)的(de)超(chao)寬(kuan)帶(dai)錐(zhui)形(xing)槽(cao)天(tian)線(xian)。為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)展(zhan)寬(kuan)帶(dai)寬(kuan)
，首(shou)次(ci)提(ti)出(chu)用(yong)兩(liang)個(ge)錐(zhui)形(xing)槽(cao)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)設(she)計(ji)方(fang)案(an)。帶(dai)金(jin)屬(shu)地(di)板(ban)的(de)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)抑(yi)製(zhi)天(tian)線(xian)的(de)後(hou)向(xiang)輻(fu)射(she)。設(she)計(ji)的(de)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，該(gai)天(tian)線(xian)可(ke)以(yi)工(gong)作(zuo)在(zai)33GHz－60GHz
，整個工作帶寬內方向圖基本一致。由於天線是橢圓極化，因此可以工作在複雜的環境中。該研究表明，LCP電路工藝適合發展低成本，重量輕和高性能的毫米波天線。

 

 

推薦閱讀：