基于CMOS技术高增益高效率60+GHz微带结构片上天线研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE（电子科技大学图标）论文题目基于CMOS技术高增益高效率60GHz微带结构片上天线研究专业学位类别工程硕士学号201222020670作者姓名谢礼彦指导教师李乐伟教授分类号密级注1UDC学位论文基于CMOS技术高增益高效率60GHz微带结构片上天线研究（题名和副题名）谢礼彦（作者姓名）指导教师李乐伟教授电子科技大学成都（姓名

2、、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2015年3月31日论文答辩日期2015年5月5日学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。INVESTIGATIONOF60GHzHIGHGAINANDHIGHEFFICIENCYMICROSTRIPSTRCTUREONCHIPANTENNAINCMOSTECHNOLOGYAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectron

3、icScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:XieLi-YanAdvisor:Prof.LiLe-WeiSchool:SchoolofElectronicEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研

4、究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要随着无线通信技术和CMOS工艺技术的飞速发展，无线射频集成电路的发展不断涌现新的热点研究

5、，天线作为无线通信系统重要模块，因此基于CMOS技术高性能小型化的片上天线成为聚焦，尤其是具有显著优点的60GHz频段吸引了广大学者的兴趣。片上天线使电路与天线集成，减少了芯片匹配模块，提高了片上系统集成度，降低了封装和布线复杂度，进一步推进了集成电路小型化发展。然而，低电阻率和高介电常数的硅衬底损耗和束缚使得片上天线增益和辐射效率很低。通过文献调研，借鉴传统天线理论，本文整理并提出了一种基于微带结构创新型解决方案，根据片上天线应用场合，研究设计了应用在水平空间通信和垂直空间通信的高性能60GHz片上天线，主要研究内

6、容如下：首先本文调研片上天线的研究背景以及国内外发展状况，对已公开发表的片上天线进行分类整理，研究能量损耗原因，探索屏蔽硅衬底损耗方法，探索加载介质谐振器提高增益方法，为高增益高效率片上天线设计做铺垫。通过借鉴传统天线理论，提出了解决低电阻率高介电常数硅衬底损耗的新思路，在M1金属层采用全地板结构降低电磁波进入硅衬底。通过分析贴片电流分布调整贴片大小和基片大小等相关参数，借助ANSOFT公司电磁场仿真软件HFSS优化设计了一款微带结构的小型化高性能片上天线。天线成功流片后，采用安捷伦矢量网络分析仪测试天线回波损耗，通

7、过构建绝对增益测试网络测试天线的增益，并对天线测试结果和仿真结果进行了对比和分析。为了进一步提高天线增益，提出了在贴片天线上方加载高介电常数陶瓷介质谐振器，形成增强型耦合，这在已公开发表的片上天线成果中是首次在贴片天线上方加载介质谐振器。通过研究片上天线环境介质谐振器与贴片天线的电磁耦合规律，得到天线结构原型。根据整理的加载介质谐振器高性能侧射片上天线设计步骤，设计了一款60GHz高增益高辐射效率侧射片上天线。天线成功流片后，同样采用第三章测试方法进行测试并对比仿真结果和测试结果。由于采用八木结构等传统端射型片上天线

8、的端射方向增益和辐射效率都很低，第五章创新采用加载介质谐振器的贴片天线结构，应用介质谐振器与贴片天线的耦合规律，设计加工测试了一款60GHz高性能加载介质谐振器端射片上天线。最后，概括本文的研究成果和实际意义，并指出未来的研究方向。关键词：CMOS工艺技术，60GHz，片上天线设计，贴片天线，介质谐振器IABSTRACTABSTRACTWith