一種毫米波硅基片載端射天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種天線，具體的說，是涉及一種毫米波硅基片載端射天線。
【背景技術】
[0002]天線，作為接收端的第一個元件和發射端的最后一個元件，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節。此外，由于天線是常規PCB上實現，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，因為這些鍵合線通常具有不確定性，不能保證可重復性。相比之下，片載天線可以與前級電路一次集成，緩解了上述問題。
[0003]然而，在現有的低成本硅基半導體工藝中，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，從而導致增益下降。同時，襯底通常還具有高介電常數(er=l1.9)，導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非常低的水平(通常小于OdB)，無法滿足對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模二維陣列的場合下使用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種結構簡單、高效率、高增益的毫米波硅基片載端射天線。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
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成反射器。
[0007]為了進一步增加天線效率，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諧振引向器，所述介質諧振引向器由所述偶極子前端延伸出的一段硅襯底構成。
[0008]優選的，所述介質諧振引向器長度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波長。
[0009]優選的，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波長。
[0010]優選的，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波長。
[0011]優選的，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波長。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
本發明具有結構簡單、尺寸小、高效率、高增益的優點，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域的應用要求。并且，本發明與主流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為本發明的三維結構示意圖。
[0014]圖2為本發明的天線結構俯視圖。
[0015]圖3為實施例中140GHz端射天線的反射系數。
[0016]圖4為實施例中140GHz端射天線的方向圖。
[0017]其中，附圖標記所對應的名稱:1-硅襯底，2-CPW饋電端口，3-巴倫，4-偶極子，5_反射面，6-介質諧振引向器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明作進一步說明。本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0019]如圖1-4所示，本實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。基于實際應用，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。為了進一步增加天線效率，在偶極子前端引入介質諧振器引向器，介質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波長)。通過上述設計的毫米波娃基片載端射天線具有結構簡單、尺寸小、高效率、高增益的優點，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域的應用要求。
[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為Si02，厚度為I lum。芯片的襯底為硅介質，相對介電常數為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，遠優于現有技術。同時本天線還實現了端射特性，如圖4所示。
[0021]按照上述實施例，便可很好地實現本發明。值得說明的是，基于上述設計原理的前提下，為解決同樣的技術問題，即使在本發明所公開的結構基礎上做出的一些無實質性的改動或潤色，所采用的技術方案的實質仍然與本發明一樣，故其也應當在本發明的保護范圍內。
【主權項】
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)的接地面組合構成反射器。2.根據權利要求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)前端的介質諧振引向器(6)，所述介質諧振引向器(6)由所述偶極子(4)前端延伸出的一段娃襯底(I)構成。3.根據權利要求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波長。4.根據權利要求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波長。5.根據權利要求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波長。6.根據權利要求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波長。
【專利摘要】本發明公開了一種毫米波硅基片載端射天線，主要解決了現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）的接地面組合構成反射器。本發明具有結構簡單、尺寸小、高效率、高增益的優點，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域的應用要求。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q1/38
【公開號】CN105552541
【申請號】CN201510986025
【發明人】鄧小東, 熊永忠
【申請人】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
【申請日】2015年12月25日