CN111211416A - 基于基片集成波导技术的硅基芯片天线 - Google Patents

基于基片集成波导技术的硅基芯片天线 Download PDF

Info

Publication number
CN111211416A
CN111211416A CN202010201941.7A CN202010201941A CN111211416A CN 111211416 A CN111211416 A CN 111211416A CN 202010201941 A CN202010201941 A CN 202010201941A CN 111211416 A CN111211416 A CN 111211416A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rectangular
substrate
silicon
chip antenna
integrated waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010201941.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李伟文
李秋浩
杨仕驭
卢江峰
阳光
李森森
游佰强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN202010201941.7A priority Critical patent/CN111211416A/zh
Publication of CN111211416A publication Critical patent/CN111211416A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，包括矩形辐射贴片、介质基板、金属块和接地板；该介质基板为上下双面覆铜硅基板，该介质基板设有多个上下贯穿设置的过孔，该每个过孔内都适配装设有上述的金属块；该介质基板之上表面金属层构成矩形辐射贴片，该介质基板之下表面金属层构成接地板，该矩形金属块接触矩形辐射贴片和接地板；该矩形辐射贴片前侧边在竖直方向中心偏左位置连接微带线。它具有如下优点：在主频77GHz谐振性能良好，增益较高，效率较高，结构紧凑，方向性良好。

Description

基于基片集成波导技术的硅基芯片天线
技术领域
本发明涉及波导天线技术领域，尤其涉及基于基片集成波导技术的硅基芯片天线。
背景技术
毫米波通信技术是一种高质量、恒定参数和技术成熟的无线传输通信技术，5G移动通信系统是一个广覆盖、高容量、多连接、低时延和高可靠性网络,将毫米波通信技术应用于5G通信系统,是一种业界普遍认同的愿景。
5G通信促使天线向着小型化、集成化、高频段、高效率等方向发展。天线集成的一个根本解决方案是将一个天线系统所需的所有东西集成到一个芯片上，这是硅基毫米波天线系统的优势之所在，它不仅集成电子器件，而且集成通向晶圆级实现的高效率的天线。
作为芯片设计的核心材料，硅材料以其优秀的集成度，低成本和高产量等优点受到了广大学者的青睐。然而，在现代通信网络的设计中，由于硅基的低电阻率导致天线辐射的电磁波进入衬底被损耗，且硅基的高介电常数使得天线能量被约束在狭小的衬底里面，而不向自由空间辐射，因此基于硅基工艺的片载天线效率通常很低。
随着研究不断深入，已有一系列的报道，证明在硅基材料上制作天线的可行性，使用的方法诸如：衬底减薄(Substrate Thinning)、离子注入(Proton Implantation)、微加工(Micromachining)和覆盖聚焦(Superstrate Focusing)等。但是这些方法，无一例外存在着制作困难，成本高的问题。
发明内容
本发明提供了结构简单、小型化且高效率、高增益，工作在77GHz毫米波的基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其克服了背景技术中所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：基于基片集成波导技术的毫米波硅基芯片天线，包括矩形辐射贴片、介质基板、金属块和接地板；该介质基板为上下双面覆铜硅基板，该介质基板设有多个上下贯穿设置的过孔，该每个过孔内都适配装设有上述的金属块；该介质基板之上表面金属层构成矩形辐射贴片，该介质基板之下表面金属层构成接地板，该矩形金属块接触矩形辐射贴片和接地板；该矩形辐射贴片前侧边在竖直方向中心偏左位置连接微带线。
一实施例之中：该矩形辐射贴片中心加载两条同心带开口的圆弧线缝隙。
一实施例之中：该两条圆弧线缝隙的开口宽度大小相等，且，朝向相反。
一实施例之中：该介质基板中设多个矩形过孔，该多个矩形过孔布置成两列和一排，该两列和一排配合构成开口朝前的U形。
一实施例之中：该两列左右对称布置且每列设有9个前后均匀间隔布置的矩形过孔，该排设有7个左右均匀间隔布置的矩形过孔，该排介于两列后端间。
一实施例之中：该过孔截面呈矩形，该金属块为矩形金属块。
一实施例之中：该矩形过孔延伸方向与介质基板表面垂直，且每个矩形过孔均贯穿介质基板。
一实施例之中：该介质基板外周缘和接地板外周缘对齐；该些矩形金属块完全被矩形辐射贴片覆盖。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本技术方案能产生如下技术效果：在主频77GHz谐振性能良好，增益较高，效率较高，结构紧凑，方向性良好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本具体实施方式波硅基芯片天线的立体分解示意图。
图2为本具体实施方式的波硅基芯片天线的俯视结构示意图。
图3是本具体实施方式波硅基芯片天线的回波损耗曲线的仿真结果。
图4是本具体实施方式波硅基芯片天线的增益与效率的仿真结果。
图5为本具体实施方式波硅基芯片天线在77GHz的xoz面极化图，其中坐标为极坐标。
图6为本具体实施方式波硅基芯片天线在77GHz的yoz面极化图，其中坐标为极坐标。
具体实施方式
请查阅图1，基于基片集成波导技术的毫米波硅基芯片天线，包括矩形辐射贴片1、介质基板2、矩形金属块3和接地板4；该介质基板2为上下双面覆铜硅基板，该介质基板2设有多个上下贯穿设置的矩形过孔，矩形过孔截面呈矩形，该矩形过孔延伸方向与介质基板2表面垂直，每个矩形过孔均贯穿介质基板，便于制作，减少制作工序。该每个矩形过孔内都适配装设有上述的矩形金属块3。该介质基板2之上表面的金属层构成矩形辐射贴片1，该介质基板2之下表面的金属层构成接地板4，该矩形金属块3接触矩形辐射贴片1和接地板4。其中：该介质基板2外周缘和接地板4外周缘对齐；该些矩形金属块3完全被矩形辐射贴片1覆盖。本具体实施方式毫米波硅基芯片天线使用偏馈的微带线馈电。
该矩形辐射贴片1中心加载两条同心带开口的圆弧线缝隙11、12，该两条圆弧线缝隙的开口宽度大小相等，且，朝向相反。该矩形辐射贴片1前侧边在竖直方向中心偏左位置连接微带线13。
该介质基板2中设多个矩形过孔，该多个矩形过孔布置成两列和一排，该两列和一排配合构成开口朝前的U形，该两列左右对称布置且每列设有9个前后均匀间隔布置的矩形过孔，该排设有7个左右均匀间隔布置的矩形过孔，该排介于两列后端间。
请查阅图2，该介质基板2为正方形结构，且边长W＝1.1mm，厚度为0.06mm，相对介电常数为11.9；该矩形辐射贴片1边长Wp＝Lp＝0.6±0.02mm，两条同心带开口的圆弧线缝隙的半径分别为：R1＝0.1±0.02mm，R2＝0.2±0.04mm，两个朝向相反的开口大小为Ws＝0.01mm±0.002mm。该微带线13距离左边缘Wb＝0.183±0.03mm，宽度Wg＝0.045±0.005mm，长Lb＝0.24±0.05mm，该微带线13前侧和介质基板2前侧齐平。该矩形金属过孔3截面为方形，边长d1＝0.01mm±0.002mm，等距排列，间隔d2＝0.01mm±0.002mm，水平方向两侧各为9个，竖直方向为7个。
本具体实施方式毫米波硅基芯片天线的回波损耗曲线的仿真结果如图3所示，在77GHz处回波损耗良好，为-17dB。本具体实施方式毫米波硅基芯片天线的增益与效率的仿真结果如图4所示，增益在77GHz处为7.8dBi，效率为72％。本具体实施方式毫米波硅基芯片天线在77GHz的xoz面极化图如图5所示；本具体实施方式毫米波硅基芯片天线在77GHz的yoz面极化图如图6所示。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其特征在于：包括矩形辐射贴片、介质基板、金属块和接地板；该介质基板为上下双面覆铜硅基板，该介质基板设有多个上下贯穿设置的过孔，该每个过孔内都适配装设有上述的金属块；该介质基板之上表面金属层构成矩形辐射贴片，该介质基板之下表面金属层构成接地板，该矩形金属块接触矩形辐射贴片和接地板；该矩形辐射贴片前侧边在竖直方向中心偏左位置连接微带线。
2.根据权利要求1所述基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其特征在于：该矩形辐射贴片中心加载两条同心带开口的圆弧线缝隙。
3.根据权利要求2所述基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其特征在于：该两条圆弧线缝隙的开口宽度大小相等，且，朝向相反。
4.根据权利要求1所述基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其特征在于：该介质基板中设多个矩形过孔，该多个矩形过孔布置成两列和一排，该两列和一排配合构成开口朝前的U形。
5.根据权利要求4所述基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其特征在于：该两列左右对称布置且每列设有9个前后均匀间隔布置的矩形过孔，该排设有7个左右均匀间隔布置的矩形过孔，该排介于两列后端间。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其特征在于：该过孔截面呈矩形，该金属块为矩形金属块。
7.根据权利要求6所述基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其特征在于：该矩形过孔延伸方向与介质基板表面垂直，且每个矩形过孔均贯穿介质基板。
8.根据权利要求1或2或3或4或5所述基于基片集成波导技术的硅基芯片天线，其特征在于：该介质基板外周缘和接地板外周缘对齐；该些矩形金属块完全被矩形辐射贴片覆盖。
CN202010201941.7A 2020-03-20 2020-03-20 基于基片集成波导技术的硅基芯片天线 Pending CN111211416A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010201941.7A CN111211416A (zh) 2020-03-20 2020-03-20 基于基片集成波导技术的硅基芯片天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010201941.7A CN111211416A (zh) 2020-03-20 2020-03-20 基于基片集成波导技术的硅基芯片天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111211416A true CN111211416A (zh) 2020-05-29

Family

ID=70789021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010201941.7A Pending CN111211416A (zh) 2020-03-20 2020-03-20 基于基片集成波导技术的硅基芯片天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111211416A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112290206A (zh) * 2020-10-10 2021-01-29 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种硅基宽带宽角扫描天线单元
CN113809520A (zh) * 2021-08-13 2021-12-17 华南理工大学 一种基于基片集成波导隔离双频天线

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101264826B1 (ko) * 2011-06-29 2013-05-15 중앙대학교 산학협력단 실리콘 비아를 갖는 기판 집적형 도파관 및 그 제조방법
WO2015183915A1 (en) * 2014-05-27 2015-12-03 The University Of Florida Research Foundation, Inc. Glass interposer integrated high quality electronic components and systems
CN108832288A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 西安电子科技大学 基于基片集成波导siw的背腔缝隙双频毫米波天线
CN108832245A (zh) * 2018-05-04 2018-11-16 西安电子科技大学 一种基于硅通孔技术的介质腔基片集成波导结构及其制备工艺
CN109273837A (zh) * 2018-09-03 2019-01-25 北京邮电大学 一种实现天线与电路嵌套连接的结构
CN109524776A (zh) * 2018-10-17 2019-03-26 天津大学 一种新型宽带高增益片上基片集成波导天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101264826B1 (ko) * 2011-06-29 2013-05-15 중앙대학교 산학협력단 실리콘 비아를 갖는 기판 집적형 도파관 및 그 제조방법
WO2015183915A1 (en) * 2014-05-27 2015-12-03 The University Of Florida Research Foundation, Inc. Glass interposer integrated high quality electronic components and systems
CN108832245A (zh) * 2018-05-04 2018-11-16 西安电子科技大学 一种基于硅通孔技术的介质腔基片集成波导结构及其制备工艺
CN108832288A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 西安电子科技大学 基于基片集成波导siw的背腔缝隙双频毫米波天线
CN109273837A (zh) * 2018-09-03 2019-01-25 北京邮电大学 一种实现天线与电路嵌套连接的结构
CN109524776A (zh) * 2018-10-17 2019-03-26 天津大学 一种新型宽带高增益片上基片集成波导天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.D.BAENA等: "Equivalent-circuit models for split-ring resonators and complementary split-ring resonators coupled to planar transmission lines", 《 IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES》 *
QIUHAO LI等: "A Silicon-based On-chip Antenna Operating at 77GHz", 《2019 PHOTONICS & ELECTROMAGNETICS RESEARCH SYMPOSIUM - FALL (PIERS - FALL)》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112290206A (zh) * 2020-10-10 2021-01-29 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种硅基宽带宽角扫描天线单元
CN112290206B (zh) * 2020-10-10 2024-05-24 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种硅基宽带宽角扫描天线单元
CN113809520A (zh) * 2021-08-13 2021-12-17 华南理工大学 一种基于基片集成波导隔离双频天线
CN113809520B (zh) * 2021-08-13 2023-09-26 华南理工大学 一种基于基片集成波导隔离双频天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108832288B (zh) 基于基片集成波导siw的背腔缝隙双频毫米波天线
US10581171B2 (en) Antenna element structure suitable for 5G mobile terminal devices
JP3093715B2 (ja) 共振器付着型マイクロストリップダイポールアンテナアレイ
CN107134653B (zh) 基于基片集成波导谐振腔的平面紧凑型缝隙天线阵列
CN110957576B (zh) 一种极低剖面微带叠层双极化基站天线及阵列
CN104577316A (zh) 一种应用于毫米波微带天线的垂直耦合馈电结构
CN110581368A (zh) 一种水文监测雷达平板微带阵列天线及其设计方法
CN108232439B (zh) 一种基片集成波导缝隙馈电的线型阵列天线及平面阵列天线
CN214505767U (zh) 磁电偶极子天线
CN107978858A (zh) 一种工作于60GHz频段的方向图可重构天线
CN109742515B (zh) 一种用于移动终端的毫米波圆极化天线
CN111211416A (zh) 基于基片集成波导技术的硅基芯片天线
CN111029761B (zh) 一种宽频带、高增益的双单元微带天线及其制作方法
WO2021021017A1 (en) A dipole antenna, an antenna array, and a method of fabricating the dipole antenna and the antenna array
CN111262025A (zh) 集成基片间隙波导波束扫描漏波天线
Xu et al. Plate-laminated waveguide monopulse slot array antenna with full-corporate-feed in the E-band
Tekbaş et al. Design of a dual polarized mmwave horn antenna using decoupled microstrip line feeder
CN115173068B (zh) 宽带圆极化的基片集成波导喇叭天线阵列及无线通信设备
CN110233329A (zh) 一种基于结构复用的小型化高隔离度共口径天线
CN115189123A (zh) 一种新型高阶模微带天线及其设计方法
CN211320338U (zh) 天线单元
CN210838106U (zh) 一种微带阵列天线
My et al. A magneto-electric dipole antenna array for millimeter wave applications
Dave et al. Development of high aperture efficiency fabry-perot cavity antenna system
CN110380200B (zh) 一种混合功分馈电的平面角锥天线阵列

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200529

RJ01 Rejection of invention patent application after publication