双层硅基MEMS微带天线阵列研究.pdf

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1、双层硅基MEMS微带天线阵列研究杨柳风2015年1月中图分类号：TN828.4UDC分类号：621.396双层硅基MEMS微带天线阵列研究作者姓名杨柳风学院名称机电学院指导教师王婷副教授答辩委员会主席徐立新教授申请学位工学硕士学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchofMEMSMicrostripAntennaArrayonDouble-layerSiliconWafersCandidateName：YangLiufengSchoolorDepartment:Mechatronic

2、alEngineeringFacultyMentor:Prof.TingWangChair,ThesisCommittee:Prof.LinxinXuDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ArmamentScienceandTechmologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标

3、注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文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

4、，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（MicroElectro-MechanicalSystem,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。

5、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（defectedgroundstructure，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

6、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；DGSI北京理工大学硕士学位论文AbstractAntennaisoneoftheindispensablecomponentofthewirelesscommunicationsystem.Therequiremen

7、tsoftheperformanceandsizeoftheantennaisimprovedwiththedevelopmentofradiotechnologyandmanufacturingtechnology.Microstipantennasarewidlyusedinmanysmallwireless-communicationsystemsbecauseofitscharacteristicsoflowprofile,smallvolume,lightweightandeasyconformalwiththecar

8、rier.However,thetradionalmicrostripantennawiththeTeflonasthesubstrateisdifficulttomeettheneedsofthewirelesscommunicationsystemminia