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,顯(xian)示(shi)了(le)一(yi)些(xie)優(you)點(dian)如(ru)寬(kuan)帶(dai)和(he)高(gao)增(zeng)益(yi)。此(ci)類(lei)天(tian)線(xian)的(de)基(ji)本(ben)設(she)計(ji)原(yuan)則(ze)。在(zai)傳(chuan)統(tong)的(de)錐(zhui)形(xing)槽(cao)天(tian)線(xian)中(zhong)接(jie)地(di)板(ban)是(shi)沒(mei)有(you)使(shi)用(yong)的(de)，能(neng)源(yuan)輻(fu)射(she)到(dao)錐(zhui)形(xing)槽(cao)的(de)兩(liang)側(ce)。在(zai)設(she)計(ji)集(ji)成(cheng)天(tian)線(xian)，一(yi)般(ban)需(xu)要(yao)把(ba)天(tian)線(xian)安(an)裝(zhuang)在(zai)金(jin)屬(shu)地(di)板(ban)之(zhi)上(shang)，但(dan)是(shi)金(jin)屬(shu)板(ban)會(hui)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)天(tian)線(xian)性(xing)能(neng)，如(ru)減(jian)少(shao)工(gong)作(zuo)帶(dai)寬(kuan)。因(yin)此(ci)
，帶(dai)地(di)板(ban)的(de)錐(zhui)形(xing)槽(cao)天(tian)線(xian)設(she)計(ji)是(shi)一(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)的(de)工(gong)作(zuo)和(he)嚴(yan)峻(jun)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。

 

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。kongqixizhuyaozuoyongshizengjiajiezhicengdehoudu
，zhankuandaikuan。lingwai，youyujinshucengzhishishikequyibufen，keyijiaqiangjixieqiangdu。youhuahoudejiegouchicunjianbiaoge1。

 

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

 

dancengcaotianxiandefangzhenjieguobunengmanzushijiyingyongduidaikuandeyaoqiu。weilejinyibuzhankuandaikuan，kaolvdaocileitianxianzhuyaoyouzhixianjianbianfengxifushe
，yincizaiyuanlaidejichushang，jiangdiwucengjinshushikechenglingyigebutongchicundezhuixingcao，jiantu7。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9keyikanchu
，zhuixingcaotianxianxianshichumingxiandeduopintexing。xiezhendiandeweizhizhuyaoyoujianbianfengxidechangdujueding，dangjianbianfengxidechangdubianchangshi，tongyipinduandexiezhendianbianduo。erqie，jianbianfengxidezhangjiaoduixiezhendiandehuibosunhaozhiyouyingxiang。tongguofangxiangtufaxian
，cileitianxianjuyoushifenwendingdefangxiangtu，suizhepinlvdeshenggao
，tianxiandefangxiangxingzaizhujianzengqiang，boshukuanduzaibianzhaidanboshuzhixiangshizhongbubian。

 

3 、結論

 

本文基於LCPdianlugongyi
，tichuleyizhonghaomiboduandechaokuandaizhuixingcaotianxian。weilejinyibuzhankuandaikuan，shoucitichuyonglianggezhuixingcaoxiangjiehedeshejifangan。daijinshudibandejiegoukeyiyouxiaoyizhitianxiandehouxiangfushe。shejidejieguobiaoming
，gaitianxiankeyigongzuozai33GHz－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。

 

 

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