CN108206325A - 一种加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线 - Google Patents

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李理敏
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Abstract

本发明公开了一种加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木‑宇田天线，包括由下到上的硅衬底层、SiO2层、SiN层，所述的SiO2层包含六层金属层，从下到上依次是M1到M6金属层，八木宇田天线的主单元位于所述M6金属层，周期加载的希尔伯特曲线型人工磁导体位于所述M1金属层。本发明设计的天线，可以减少所述硅衬底对天线辐射的影响，进而提高天线的辐射效率与增益。

Description

一种加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线
技术领域
本发明涉及人工磁导体，具体是涉及一种增强片上天线辐射效率与增益的希尔伯特曲线型人工磁导体，特别是指加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线。
背景技术
随着无线通信市场的迅速成长，毫米波技术得到广泛的应用；基于CMOS工艺的片上集成天线，具有体积小、易于与射频前端电路集成等优点。然而基于CMOS 工艺的片上天线，由于硅衬底具有较高的介电常数和电导率，严重影响了片上天线的辐射能量，导致天线的增益和辐射效率较低，无法满足短距离无线通信的技术指标要求。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种能提高天线的辐射效率与增益的加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线。
为实现上述目的，本发明的技术方案是一种加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线，包括由下到上的硅衬底层、SiO2层、SiN层，所述SiO2层包含六层金属层，从下到上依次是M1到M6金属层，八木宇田天线的主单元位于M6金属层，加载的希尔伯特曲线型人工磁导体位于M1金属层，所述希尔伯特曲线型人工磁导体由呈周期阵列方式分布的多个希尔伯特曲线型人工磁导体单元组成。
进一步设置是所述的八木-宇田天线的主单元包括位于M6金属层的激励器与一个引向器，以及位于M1金属层的反射器。
进一步设置是所述的希尔伯特曲线型人工磁导体单元由基于希尔伯特三阶曲线建模的金属曲线条构成，每段所述金属曲线条的宽度相同。
所述的希尔伯特曲线型人工磁导体结构可以通过调整单元的大小、排列方式、单元之间的间距来增强天线的辐射性能。
进一步设置是所述的希尔伯特曲线型人工磁导体由多个阵列单元组成，位于所述八木-宇田天线激励器的正下方。
进一步设置是所述八木-宇田天线的激励器由两个单臂构成。
本发明还提供一种希尔伯特曲线型人工磁导体，希尔伯特曲线型人工磁导体由呈周期阵列方式排列的多个希尔伯特曲线型人工磁导体单元组成，所述的希尔伯特曲线型人工磁导体单元由基于希尔伯特三阶曲线建模的金属曲线条构成，每段所述金属曲线条的宽度相同。
本发明的有益效果：
（1）本发明提出的一种希尔伯特曲线型人工磁导体结构，该结构基于CMOS工艺，在片上天线与硅衬底间起到电隔离的作用，并在特定频段内具有抑制表面波的特性，进而提高片上天线的辐射效率与增益。
（2）所选用的八木-宇田天线具有高指向辐射场型的特性，适合于CMOS片上集成天线的设计，可以有效提高天线的功率增益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据这些附图获得其它的附图仍属于本发明的范畴。
图1是本发明实施例片上天线金属层示意图；
图2是本发明实施例希尔伯特曲线型人工磁导体单元的结构图；
图3是本发明实施例基于3×14个人工磁导体单元的E波段片上天线的俯视图；
图4是本发明实施例希尔伯特曲线型人工磁导体的反射相频特性曲线；
图5是本发明实施例4×16个希尔伯特曲线型人工磁导体单元的阵列分布图；
图6是本发明实施例5×22个希尔伯特曲线型人工磁导体单元的阵列分布图；
图7是本发明实施例未加载与加载不同数目人工磁导体单元的片上天线的S11参数比较图；
图8是本发明实施例未加载与加载不同数目人工磁导体单元的片上天线增益比较图；
图9是本发明实施例未加载与加载不同数目人工磁导体单元的片上天线辐射效率比较图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
本发明实施例中，如图1所示，本实施例的片上天线，由上至下分别为六层金属结构，图1中6对应金属层六（M6金属层），5对应金属层五（M5金属层），4对应金属层四（M4金属层），3对应金属层三（M3金属层），3对应金属层二（M2金属层），1对应金属层一（M1金属层）；金属层六为顶层金属层。相邻两层金属层的过孔，由上至下共有5层过孔，图1中的e对应金属层六与金属层五之间的过孔，d对应金属层五与金属层四之间的过孔，c对应金属层四与金属层三之间的过孔，b对应金属层三与金属层二之间的过孔，a对应金属层二与金属层一之间的过孔，各金属层及过孔的厚度依据不同的CMOS工艺而不同，本发明专利不应该局限于该实施例和附图所示的金属层的层数、各层厚金属层度、过孔的层数与各层过孔的厚度。
如图2所示，本实施例的基于人工磁导体的E波段片上天线的俯视图，8、9分别为由顶层金属构成的八木-宇田天线的引向器、激励器（有源振子），该天线的反射器10位于M1金属层，人工磁导体阵列7由底层金属构成，所述人工磁导体阵列为3×14个单元组成的陈列，并分布于天线的正下方，所述八木-宇田天线的激励器由两个单臂构成，为满足E波段需求每个单臂长为320微米。
如图3所示，本发明所揭示的希尔伯特曲线型人工磁导体单元，该结构包括基于希尔伯特三阶曲线建模的金属曲线条，每段金属曲线条的宽度均为6.7微米，希尔伯特曲线型人工磁导体结构单元长度为101 微米，希尔伯特曲线型人工磁导体，采用标准CMOS工艺来设计，由下至上依次包括硅衬底、人工磁导体下介质层、人工磁导体金属层和人工磁导体上介质层堆叠而成。
图4所示为本发明实施例的希尔伯特曲线型人工磁导体结构的反射相频特性曲线，其中相位参考平面选择在顶层金属上，由图4可以看出，反射相位-90度至90度范围覆盖了整个E波段，反射相位为零时对应的频率为81 GHz。由此可知所述人工磁导体可用于设计E波段毫米波片上天线。
图5所示为4×16个阵列单元的人工磁导体阵列，其中所示人工磁导体单元长度为80.8微米，金属条的宽度均为5.4微米；
图6所示为5×22个阵列单元的人工磁导体阵列，其中所示人工磁导体单元长度为60微米，金属条的宽度均为4微米。
图7为所述的基于人工磁导体的片上天线S11曲线对比图，加载各种阵列单元（3×14、4×16、5×22）人工磁导体的天线在71-76 GHz、76-77 GHz、81-86 GHz频段的S11参数仍然小于-10 dB。
如图8所示，所述的基于人工磁导体的片上天线增益对比图，相比未加载人工磁导体的情况，三种加载人工磁导体的实施例在71-76 GHz、76-77 GHz、81-86 GHz频段的增益都有一定的提高，比如在71 GHz提高了2.3 dB，在86 GHz 提高了1.2 dB。
如图9所示，所述的基于人工磁导体的片上天线辐射效率对比图，相比未加载人工磁导体的情况，三种加载人工磁导体的实施例在71-76 GHz、76-77 GHz、81-86 GHz频段的辐射效率都有一定的提高，比如75 GHz的辐射效率从12.3%提高到23.1%。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线，包括由下到上的硅衬底层、SiO2层和SiN层，其特征在于：SiO2层包含六层金属层，从下到上依次是M1到M6金属层，八木-宇田天线的主单元位于所述M6金属层，加载的希尔伯特曲线型人工磁导体位于所述M1金属层，希尔伯特曲线型人工磁导体由呈周期阵列方式分布的多个希尔伯特曲线型人工磁导体单元组成。
2.根据权利要求1所述的八木-宇田天线，其特征在于：所述的八木-宇田天线的主单元包括位于M6金属层的激励器与一个引向器，以及位于M1金属层的反射器。
3.根据权利要求1所述的一种加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线，其特征在于：所述的希尔伯特曲线型人工磁导体单元由基于希尔伯特三阶曲线建模的金属曲线条构成，每段所述金属条的宽度相同设置。
4.根据权利要求2所述的一种加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线，其特征在于：所述的希尔伯特曲线型人工磁导体由多个阵列单元组成，位于所述八木-宇田天线的激励器的正下方。
5.根据权利要求2所述的一种加载希尔伯特曲线型人工磁导体的八木-宇田天线，其特征在于：所述的八木-宇田天线的激励器由两个单臂构成。
6.一种希尔伯特曲线型人工磁导体，其特征在于：希尔伯特曲线型人工磁导体由呈周期阵列方式排列的多个希尔伯特曲线型人工磁导体单元组成，所述的希尔伯特曲线型人工磁导体单元由基于希尔伯特三阶曲线建模的金属曲线条构成，每段所述金属曲线条的宽度相同。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104037489A (zh) * 2014-03-26 2014-09-10 杭州电子科技大学 基于人工磁导体结构的60GHz片上天线
CN106463830A (zh) * 2014-05-13 2017-02-22 三星电子株式会社 天线装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104037489A (zh) * 2014-03-26 2014-09-10 杭州电子科技大学 基于人工磁导体结构的60GHz片上天线
CN106463830A (zh) * 2014-05-13 2017-02-22 三星电子株式会社 天线装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOHN MCVAY: ""High Impedance Metamaterial Surfaces Using Hilbert-Curve Inclusions"", 《IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS》 *
SHUN-SHENG HSU.ETC: ""A 60-GHz Millimeter-Wave CPW-Fed Yagi Antenna Fabricated by Using 0.18-μm CMOS Technology"", 《IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS》 *
YIMING HUO.ETC: ""A Wideband Artificial Magnetic Conductor Yagi Antenna For 60-GHz Standard 0.13-μm CMOS Applications"", 《2014 12TH IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON SOLID-STATE AND INTEGRATED CIRCUIT TECHNOLOGY》 *
吴琳琦: ""基于CMOS工艺的片上天线研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 科技信息辑》 *
胡明洋: ""三维集成60GHz片上天线设计"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 科技信息辑》 *

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