CN209607903U

CN209607903U - 天线图案以及天线的几何阵列

Info

Publication number: CN209607903U
Application number: CN201890000238.6U
Authority: CN
Inventors: 乌齐·托莫; 哈伊姆·戈德伯格
Original assignee: Natla Technology Co
Current assignee: Natla Technology Co
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2019-11-08
Anticipated expiration: 2028-05-22
Also published as: IL263705A; WO2018216010A1; IL263705B; JP3226611U; US20200313277A1; US10998614B2; DE212018000050U1; WO2018216010A9

Abstract

提供了一种集成在芯片上用于发射和/或接收亚太赫兹和太赫兹(THZ)信号的天线图案以及一种天线的几何阵列。天线图案包括：具有双圆形结构的第一导体；具有双圆形结构的第二导体，该第二导体的双圆形结构连接至第一双圆形结构。双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述Rx≥Rc。第一双圆形和第二双圆形由至少一个端口表征，由此在第一双圆形和第二双圆形之间具有交叉区域，从而形成大于约100％带宽的超宽带(UWB)频率响应。

Description

天线图案以及天线的几何阵列

技术领域

本发明大体上涉及电磁能量辐射、电磁能量或信号的发射和/或接收。

更特别地，本发明提供了一种具有几何图案的、提供毗邻各种频率的超宽带(UWB)的天线。

背景技术

已知的是，偶极子天线具有有限的带宽，由此导致发射或接收大量信息的能力较弱。

具有超宽带(UWB)性质的天线被期望用于各种应用，包括用于通信、定位及其他用途的脉冲无线电应用。一直以来UWB天线的主要用途是用在多频段通信系统中。这种多频段通信系统需要能处理各种频率的窄带信号的超宽带天线。

各种技术包括具有不同结构的天线，诸如各向同性天线、单极子天线、偶极子天线、孔径天线、环形天线等等。

领结形天线是具有扩口三角形臂的偶极子。该形状赋予其比普通偶极子宽得多的带宽。

笼形偶极子是类似的变形，其中，带宽通过使用由线材“笼”制成的胖柱形偶极子元件得以增加。

v形天线或直角扇形天线是水平偶极子，其臂成一角度而非平行。直角扇形天线的突出之处在于它们可用于形成具有近全向辐射图案的水平极化天线。

G5RV天线是具有对称馈线的偶极子天线，其还用作阻抗1:1的变压器，允许收发器查看天线的阻抗(其不会将天线与50欧姆的收发器匹配。实际上，在谐振频率下阻抗为90欧姆左右，但在其他频率下显著不同)。

坡形天线是用于远程通信或用在有限空间中的倾斜偶极子天线。

对于小型手持式或便携式系统，期望具有高效的、物理上小型的UWB 天线结构，这种天线结构不分散地且全向地辐射。特别有利的是容易大批量地制造质量可靠可重复的天线。这种天线不仅在现有技术中闻所未闻，实际上，目前的教导是这种天线在物理上是无法实现的。

需要紧凑的、与反馈结构高效匹配并全向辐射的宽带天线。

因此，长期以来，对接近各种应用和通信要求的具有高效率的独特天线设计的需求仍未得到满足。

发明内容

本发明的目的在于公开一种用于发射和/或接收亚太赫兹和太赫兹 (THZ)信号的集成在芯片上的天线图案；所述天线图案包括：具有双圆形结构的第一导体，该双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述Rx≥Rc；

具有双圆形结构的第二导体，该双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述Rx≥Rc；所述第二双圆形导体与所述第一导体双圆形连接；

所述第一双圆形和所述第二双圆形被表征为，其间的至少一个端口在所述第一双圆形和所述第二双圆形之间具有交叉面积，当集成到介电材料时形成大于约100％带宽的超宽带(UWB)频率响应。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述天线集成到选自由SiO₂、硅及其组合组成的组的介电材料的层。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述天线Rx是所述第一圆在X方向上的半径。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述第一圆瓣被表征为在Y 方向上的半径(Ry)。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述第二圆瓣被表征为在Y 方向上的半径(Ry)。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述第一双圆形和所述第二双圆形具有至少一个重叠部分，使得重叠面积在约0至约100％之间。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述天线具有约0.1μm至 100μm的厚度。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述第一传导圆瓣和所述第二传导圆瓣被表征为所述瓣的中心之间的距离(d)，使得当d＝0时，交叉面积为πRc²，当d≥2Rc时，交叉面积为0。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述圆瓣为振荡瓣，该振荡瓣具有选自由下述组成的组中的形状：圆、盘、椭圆、圆锥、球形、球状、柱体、圈状物、环形、环状、蛋状、管状及其任意组合。

本发明的另一目的在于公开该天线，其中，所述天线通过连接器与 CMOS收发器芯片/检测器电耦接。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的天线，其中，所述天线在约258GHz至大于约2000GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，所述天线在空气介电材料中的性能大于120％。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的天线，其中，所述天线在约346GHz至大于约3000GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，所述天线在空气介电质中的性能大于约150％。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的天线，其中，所述天线在约147GHz至约559GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，所述天线在硅介电结构中的性能为约116％。

本发明的另一目的在于公开天线的几何阵列，包括：用于接收和/或发射亚太赫兹和太赫兹(THZ)信号的多个天线图案的矩阵；所述天线图案包括：具有双圆形结构的第一导体，该双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述Rx≥Rc；具有双圆形结构的第二导体，该双圆结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述Rx≥Rc；所述第二双圆形导体与所述第一导体双圆连接；所述第一双圆形和所述第二双圆形被表征为，其间的至少一个端口在所述第一双圆形和所述第二双圆形之间具有交叉面积，形成大于约100％带宽的超宽带频率响应。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，包括选自由下述组成的组中的矩阵：

a.所述天线的4行×4列；

b.所述天线的3行×2列；

c.4×4天线；

d.具有不同定向的3×4天线；

e.及其任意组合。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，所述几何阵列通过连接器与CMOS收发器芯片/检测器电耦接。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，还包括具有相同结构的多个天线。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，还包括具有不同定向的多个天线。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，还包括结构不同的多个天线。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，所述圆瓣为振荡瓣，该振荡瓣具有选自由下述组成的组中的形状：圆、盘、椭圆、圆锥、球形、球状、柱体、圈状物、环形、环状、蛋状、管状及其任意组合。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，所述天线结构选自由下述组成的组：双锥天线、领结形或蝶形天线、双纽线状天线、对数周期天线、对数螺旋天线、圆锥螺旋天线、双锥天线、由彼此带动的两个球形半球的圆形侧部组成的碟形天线及其任意组合。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，所述第一双圆形和所述第二双圆形具有至少一个重叠部分，使得重叠面积在约0 至约100％之间。

本发明的另一目的在于公开该如上任一处所公开的阵列，其中，设置所述第一传导圆瓣和所述第二传导圆瓣的所述步骤被表征为所述瓣的中心之间的距离(d)，使得当d＝0时，交叉面积为πRc²，当d≥2Rc时，交叉面积为0。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，所述圆瓣为振荡瓣，振荡瓣具有选自由下述组成的组中的形状：圆、盘、椭圆、圆锥、球形、球状、柱体、圈状物、环形、环状、蛋状、管状及其任意组合。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，还包括通过连接器将所述天线与CMOS收发器芯片/检测器电耦接的步骤。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，所述天线在约258GHz至大于约2000GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，所述天线在空气介电材料中的性能大于120％。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，所述天线在约346GHz至大于约3000GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，所述天线在空气介电质中的性能大于约150％。

本发明的另一目的在于公开如上任一处所公开的阵列，其中，所述天线在约147GHz至约559GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，所述天线在硅介电结构中的性能为约116％。

附图说明

为了更好地理解本发明及其在实践中的实施，下文将仅通过非限制性示例的方式参照附图来描述多个实施方式，其中：

图1A至图1B示出了本发明的天线的几何结构的示意图；

图2示出了本发明的天线性能的频率(GHz)相对于S11量值(dB) 的图；

图3示出了本发明在作为介电结构的硅内的天线性能的频率(GHz)相对于S11量值(dB)的图；

图4示出了本发明在作为介电结构的天线性能的空气内的频率(GHz) 相对于S11量值(dB)的图；

图5示出了本发明的天线几何阵列的示意图；以及

图6示出了本发明在作为介电结构的硅内的天线性能的频率(GHz)相对于S11量值(dB)的图。

具体实施方式

提供了下文描述，与本发明的所有章节一起使得本领域技术人员能使用本发明并且阐述了发明人预期的实施本发明的最佳模式。然而，各种修改对于本领域技术人员是明显的，因为已具体限定本发明的一般原理，以提供用于发射和/或接收电磁能量或信号的天线图案的装置和方法。

本发明的天线配置主要用于发射和/或接收用于脉冲无线电宽带或/和超宽带(UWB)应用的亚太赫兹信号和太赫兹(THZ)信号。

术语“太赫兹信号”在本文指亚毫米辐射、太赫兹波、极高频(THF)、 T射线、T波、T光、T照度或THz，其由0.03至3太赫兹的ITU指定频带内的电磁波组成。此外，本发明的太赫兹信号处于在红外线范围与微波范围之间的太赫兹范围和亚太赫兹范围内。

本发明的天线结构被表征为在非常宽的通带上具有操作特性的宽带天线。

本发明提供下述天线结构，这样的天线结构可以具有平面的二维(2D) 形状，尤其是用于需要非常宽的频带频率发射和接收并且不受中心频率影响的应用。在其他实施方式中，天线结构可以具有三维(3D)形状。

本发明的天线可以是单极子、四极子或偶极子天线，其与发射器或接收器一起使用，使传播通过空间的无线电波与在金属导体中移动的电流之间有联系(interface，联接、相互影响或作用)。在发射中，无线电发射器向天线的端子供应电流，天线将电流的能量作为电磁波(无线电波)辐射。在接收中，天线拦截电磁波的部分能量，以在其端子处产生电流，该电流被施加给接收器以进行放大。天线可以集成在无线电设备中，并且可以用于无线电广播、广播电视、双向无线电、通信接收器、雷达、蜂窝电话、卫星通信和其他设备。

本发明提供一种集成在芯片上用于发射和/或接收电磁信号的偶极子天线图案(antenna pattern，天线图形、天线方向图)。该天线图案包括：具有双圆形结构的第一导体；具有双圆形结构的第二导体，其与第一双圆形结构连接。双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc) 的第二圆瓣，使得Rx≥Rc。

在本发明的另一实施方式中，双圆形结构包括分别在x和y轴上具有半径Rx以及可选地Ry的第一传导圆瓣。

在本发明的另一实施方式中，第一双圆形和第二双圆形由至少一个端口表征，由此在第一双圆形与第二双圆形之间具有交叉区域。这种构造在大带宽上产生大于100％的效率。因此，实现大于约100％带宽的超宽带 (UWB)频率响应。

本文使用术语“芯片”描述集成电路或单片集成电路，其由位于半导体材料的一小型平片上的一组电子电路组成。

本文使用术语“双圆形”描述两个圆、两个椭圆、椭圆和圆、或者任意两个圆形瓣的组合的二维几何结构。

两个圆可以彼此重叠，或者可以彼此形成交叉。

在最优选的实施方式中，术语“双圆形”天线是围绕至少一个轴线基本对称的定向结构。此外，第一双圆形导体和第二双圆形导体是两侧对称的。“卵形”或“椭圆形”元件的优选实施方式呈现出基本连续的曲线交叉，在天线的平面内具有间隙接口。

双圆形天线被表征为具有高功率、超宽带定向或双向、高效、竖向极化的天线。

本文使用术语“椭圆”、“卵形”、“椭圆形”、“球形”、“椭圆体”或“椭圆的”描述下述结构：所述结构是平面内的曲线，所述曲线围绕两个焦点使得对于该曲线上的每个点而言到两个焦点的距离之和是恒定的。

在其他实施方式中，还可以对天线结构使用具有大致平滑的曲线形状的三维元件。

本文使用术语“圆形”表示具有大致平滑的曲线形状的基本二维的平面元件。在最优选的实施方式中，术语“圆形”具有选自由下述组成的组中的形状：圆、盘、椭圆形、圆锥、球形、球体状、柱体、箍、圈、环状、管状、蛋状及其任意组合。

最优选的实施方式，第一双圆形和第二双圆形导体元件呈现围绕至少一个轴线基本对称地定向的平面截面。

本发明的天线包括与接收器或发射器电连接的导体元件的阵列。在发射期间，通过发射器向天线施加的振荡电流形成围绕天线元件的振荡电场和磁场。这些时变场将能量作为移动的横向电磁场波远离天线辐射到空间中。相反地，在接收期间，入射无线电波的振荡电场和磁场在天线元件中的电子上施加力，使这些电子来回移动，从而在天线中形成振荡电流。

本文所用术语“约X”或“近似X”指小于X的25％至大于X的25％的范围(X±25％)，有时为X±20％、X±15％以及优选地X±10％。

现在参照图1A至图1B，其示出了本发明的偶极子天线几何结构的示意图。偶极子天线具有平面几何结构1，由此具有二维结构(2D)，其在所有水平方向上发出相等的功率，用于发射和/或接收在亚-THZ和THZ范围内的电磁信号。天线图案1由具有双圆形结构10a-b的第一导体和具有双圆形结构11a-b的第二导体组成。具有双圆形结构11a-b的第二导体以具有预定距离的间隙连接至具有双圆形结构10a-b的第一导体。第一双圆形结构包括具有半径(Rx，Ry)的第一传导圆瓣A,10a和具有半径(Rc)的第二圆瓣C,10b，使得Rx,Ry≥Rc。第二双圆形结构包括具有半径(Rx，Ry)的第一传导圆瓣B,11a和具有半径(Rc)的第二圆瓣D,11b，使得Rx,Ry≥Rc。因此，第一双圆形结构和第二双圆形结构彼此对称。

在另一实施方式中，可选地，第一传导圆瓣A和/或第二传导圆瓣B可以为椭圆形，因此由分别在x和y轴上的Rx和Ry表征。

在另一实施方式中，可选地，第一传导圆瓣C和/或第二传导圆瓣D可以为椭圆形，因此由分别在x和y轴上的Rcx和Rcy表征。

还要说明的是，第一双圆形和第二双圆形由至少一个端口表征，因此在第一双圆形与第二双圆形之间具有交叉区域。这种几何结构使得天线能产生大于约100％带宽的超宽带(UWB)频率响应。

在本发明的另一实施方式中，第一传导圆瓣和第二传导圆瓣由圆瓣的中心之间的距离(d)表征，使得当d＝0时，交叉的面积为πR²，并且当 d≥Ry+Rc时，交叉的面积为0。

在本发明的另一实施方式中，第一双圆形导体和第二双圆形导体包括接地面，该接地面具有至少一个重叠部分，使得重叠范围在约0至100％之间。

如图1A进一步所示，具有双圆形结构的第一导体和具有双圆形结构的第二导体包括椭圆形的第一圆瓣10a，该第一圆瓣与作为第二圆瓣的较小的圆形10b连接。天线的主要部分是两个椭圆形的传导瓣A、B以及分别与第一椭圆部件接触的两个附加椭圆传导瓣C、D。

椭圆部分A、B、C和D可以具有任意偏心度。圆瓣C、D的直径大小可以在0≤2Rc,2Rd≤2Rx的范围内。

圆瓣A、B的直径大小可以在2Rx,2Ry≤2Rc,2Rd的范围内。

在其他实施方式中，天线的瓣中的每个可以彼此独立地定向。每个天线部分A、B、C和D的厚度可以具有任何要求的独立厚度。天线材料可以是传导材料。天线圆瓣之间的重叠(A与C，以及B与D)可以是从接触点到完全包含(分别地，C和D彼此重叠，并且作为镜像，A和B彼此重叠)。

天线的振荡瓣A和B之间的间隙(g)是优化参数。

图1B示出了具有双圆形结构的第一导体和具有双圆形结构的第二导体各自包括具有彼此连接的两个椭圆结构的第一和第二圆瓣。

宽带频率响应不受中心频率影响，并且中心频率可以在所有感兴趣的频谱内变化。天线结构可以具有达到要求频率的任何直径大小。

在本发明的另一实施方式中，具有半径(Rx)的第一传导圆瓣10a和具有半径(Rc)的第二圆瓣10b可以具有接触点，由此在两个虚构点、单个退化点或两个不同点处交叉。因此，圆交叉的重叠区域20、21可以在从约0％无重叠到约100％重叠的范围内。

如图1B所示，主瓣A和侧瓣C以近似小于每个瓣面积的50％彼此重叠。

两个圆的交叉确定了根线(radical line)。如果三个圆在单个点处互相交叉，则它们的交叉点为其两两根线的交点，即根心。

如图1B所示的天线图案由具有双圆形结构10a-b的第一导体和具有双圆形结构11a-b的第二导体组成。具有双圆形结构11a-b的第二导体以具有预定距离的间隙22连接至具有双圆形结构10a-b的第一导体。

现在参照图2，其示出了本发明的天线的频率(GHz)与幅度(dB)的图。该图示出了偶极子天线的效率和性能。经测试的天线具有第一双圆形结构与第二双圆形结构连接的结构，第一和第二双圆形元件包括具有椭圆形的第一圆瓣，该椭圆形的第一圆瓣与作为第二圆瓣的较小的圆形(Rx≥ Rc)交叉。

本发明的天线在任何介电材料或基板未与其接触的情况下提供最佳性能。即，可能的话，优选的是处于空气中的独立天线。在集成在芯片上的天线的情况下，具有高极化率但不处于半导体场中的介电层或例如SiO₂、硅、PTFE或任何其他介电材料或电绝缘体存在于天线上方或下方。还提供了硅基天线，用于提高天线性能、高响应率以及主要在通信波长的极化不敏感光电检测。

图1A的具有极度超宽带(UWB)的椭圆-圆形天线在两种情况下的带宽比较的示例。

经测试的椭圆-圆形天线在集成在芯片上的情况下中、在-9.5dB下具有约115％的带宽(BW)，而同一形状在处于空气中时具有大于150％的BW。 (在两种情况下优化都可以给予更高的WB)，但在空气中的BW在任何情况下都更大。

天线结构参数：

Rx：椭圆在X方向上的半径。

Ry：椭圆在Y方向上的半径。

Rc：圆C的半径。

Rd：圆D的半径。

间隙：椭圆主瓣之间的距离。

重叠：将圆瓣互连的交叉区域。

如图2的图所示，天线在约258GHz至大于约2000GHz的频率范围内辐射最佳，其中S11＝-9.5dB，在空气介电材料中天线的性能大于120％。天线的有效性由天线的增益和辐射图案决定。

现在参照图3，其示出了图1A的以硅树脂作为介电材料、具有下表1 中所示的特征的铝天线的幅度图。

表1—铝天线参数(μ)

图示出了设计成以约300Ghz运行的半波长偶极子天线的S-参数结果。

如图3的图所示，天线在约147至约559GHz的频率范围内辐射最佳，其中S11＝-9.5dB，在介电材料或结构诸如硅中天线的性能为约116％。

因此，本发明的天线在大带宽上产生大于100％的效率。

在另一实施方式中，可以根据优化需要选择天线的参数大小。

现在参照图4，其示出了图1A的在空气介电材料中、具有下表2所示的特征的铝天线的幅度图。

表2—铝制天线参数(μ)

如图4的图所示，天线在约346GHz至大于约3000GHz的频率范围内辐射最佳，其中S11＝-9.5dB。因此，在空气介电质中天线的性能大于约150％。

因此，本发明的天线在大带宽上产生大于100％的效率。在本发明的另一实施方式中，本发明的天线可以用于各种电子设备、传感器、雷达或具有微米大小形状的任何芯片结构。

在本发明的另一实施方式中，天线集成或印刷在选自由SiO₂、硅、空气及其组合组成的组中的介电层上。

在本发明的另一实施方式中，天线由第一圆在X方向上的半径Rx以及第二圆瓣的半径Rc表征。

在本发明的另一实施方式中，天线由第一圆在Y方向上的半径Ry表征。

在本发明的另一实施方式中，天线具有约0.1至100μ的厚度。

在本发明的另一实施方式中，圆瓣为振荡瓣，该振荡瓣具有选自由下述组成的组中的形状：圆、盘、椭圆、圆锥、球形、球体状、柱体、箍状、圈、环状、管状及其任意组合。

在本发明的另一实施方式中，本发明的天线阵列呈现广带或/和宽带性能，其还可以包括选自由下述组成的组中的天线结构：双锥形天线、领结形或蝶形天线、双纽线状天线、对数周期天线、对数螺旋天线、圆锥螺旋天线、双锥天线、由彼此驱动的两个球形半球的圆形侧部组成的碟形天线、及其任意组合。

在本发明的另一实施方式中，天线是全向宽带定向天线。

在本发明的另一实施方式中，本发明的双圆形天线可以包括具有圆形、椭圆形或矩形的圈形导体。该圈形天线的基础特性不受其形状影响。它们广泛用于频率在3GHz左右的通信链路。这些天线也可以在微波频带中用作电磁场探针。环形天线的周界决定天线的效率，与偶极子天线和单极子天线类似。这些天线进一步分为两类：基于圈的周界分为电小天线和电大天线。

本发明的天线具有实现线性极化、椭圆或圆极化的图案。

在本发明的另一实施方式中，天线经由连接器电耦接至CMOS收发器芯片/检测器。

本发明还提供一种形成用于接收亚太赫兹信号和太赫兹信号的、具有多个偶极子天线的几何阵列的接收和/发射设备的系统和方法。该接收和/ 或发射设备包括通过芯片制造工艺用多个偶极子天线在晶片的顶部或在晶片的上层中形成的晶片结构。

现在参照图5，其示出了包括多个本发明的天线图案元件的几何阵列或 /和预定矩阵构造。如图所示，16个双圆形天线的阵列30，其中，每个双圆形天线均由连接至圆瓣的椭圆瓣组成)，每个栅格为400x400微米，集成在作为介电材料的硅树脂上。

图6进一步示出了16天线阵列的S11幅度与频率的图。(-9.5)dB线以下的频带从约123GHz至约577GHz(BW＝454)，而中心频率为350GHz，因此454/350＝～1.3，BW～130％。这是在硅介电材料/基板上的超宽带天线。

在其他实施方式中，附加的矩阵可以包括4行×4列天线或3行×2列天线。

在本发明的另一实施方式中，4×4天线的阵列用于接收特定极化的信号或极化与天线匹配的信号的一部分。

在本发明的另一实施方式中，可以使用多种形状的天线。在本公开的一些实施方式中，晶片上的所有天线均为相同的形状，或者可替代地，一些为一种形状，一些为另一种形状。同样，晶片上的所有天线可以为相同的定向，或者一些可以是一种定向，一些是另一种定向。

在本发明的另一实施方式中，具有不同定向的3×4天线阵列例如用于接收来自不同方向的信号和/或具有不同极化的信号，例如水平极化、竖向极化、圆极化、右极化或左极化。

在本发明的一些实施方式中，每个天线被设计用于不同的波长或/和频率，例如通过具有不同大小的天线来实现。可选地，这能够实现各种成像技术，因为每个天线接收信号的不同部分(如，不同极化、频率)。

在本发明的另一实施方式中，多个天线定位成形成几何阵列。可选地，所有天线均是相同的。可替代地，天线中的一些具有不同的定向。进一步可替代地，天线中的一些是不同的。在本公开的示例性实施方式中，每个天线均通过一对过孔连接器与CMOS收发器或/和发射器芯片/检测器电耦接。可选地，过孔连接器位于晶片中的孔中，过孔连接器与晶片中的金属层之间有间隙。在本公开的示例性实施方式中，过孔连接器包括金属层的堆叠体，该堆叠体由金属层之间的传导梁支撑。可选地，金属屏蔽层是多孔的，并且这些孔用晶片的介电材料填充。在本公开的示例性实施方式中，成像传感器包括在与晶片相同的集成电路封装件中的低噪放大器。可选地，低噪放大器位于晶片下方。在本公开的示例性实施方式中，低噪放大器在晶片下方倒置放置。可选地，成像传感器封装有透镜状顶部，以聚焦由天线接收的太赫兹信号。

在本公开的一些实施方式中，晶片上的所有天线均为相同的形状，或者可替代地，一些为一种形状，一些为另一种形状。同样，晶片上的所有天线可以为相同的定向，或者一些可以是一种定向，一些是另一种定向。

在本发明的另一实施方式中，每个天线均与位于晶片中处于天线下方的收发器芯片/收发器芯片/检测器电连接。另外，在晶片中在CMOS收发器芯片/检测器上方并且在天线下方形成有金属屏蔽层。晶片下方形成有金属包覆层和/或晶片下方使用了一层银环氧树脂胶，用以在晶片下方附接引线框架。

在本发明的另一实施方式中，天线为由选自下述组成的组中的材料制成的偶极子金属天线：铜、金、铝或其他金属材料或金属合金。

在本发明的另一实施方式中，介电材料或基板以及介电材料和可固化填充材料的高度选择为使得天线的尺寸对应于特定范围的太赫兹信号的波长，经测量为这些波长提供最佳增益。

在本发明的另一实施方式中，双圆形结构天线的增益在性能频带内非常稳定。

Claims

1.一种集成在芯片上用于发射和/或接收亚太赫兹和太赫兹(THZ)信号的天线图案；其特征在于，所述天线图案包括：

具有双圆形结构的第一导体，所述第一导体的双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述第一导体的所述第一传导圆瓣的半径大于或等于所述第二圆瓣的半径(Rx≥Rc)；

具有双圆形结构的第二导体，所述第二导体的双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述第二导体的所述第一传导圆瓣的半径大于或等于所述第二圆瓣的半径(Rx≥Rc)；所述第二导体连接至所述第一导体；

所述第一导体和所述第二导体由至少一个端口表征，由此在所述第一导体和所述第二导体之间具有交叉区域。

2.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述天线集成到介电材料层。

3.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述第一导体和第二导体的第一传导圆瓣的半径(Rx)是所述第一传导圆瓣在X方向上的半径。

4.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述第一传导圆瓣由Y方向上的半径(Ry)表征。

5.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述第二圆瓣由Y方向上的半径(Ry)表征。

6.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述第一导体和所述第二导体具有至少一个重叠部分，使得重叠区域在0至100％之间的范围内。

7.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述天线具有0.1μm至100μm的厚度。

8.根据权利要求4或5所述的天线图案，其特征在于，所述第一传导圆瓣和所述第二圆瓣由所述瓣的中心之间的距离(d)表征，使得当d＝0时，交叉面积为πRc²，当d≥Ry+Rc时，交叉面积为0。

9.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述圆瓣为振荡瓣，所述振荡瓣具有选自由下述组成的组中的形状：圆、盘、椭圆、圆锥、球形、球体状、柱体、箍状、圈、环状、蛋状、管状及其任意组合。

10.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述天线经由连接器电耦接至互补金属氧化物半导体收发器芯片/检测器。

11.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述天线在258GHz至大于2000GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，在空气介电材料中所述天线的性能大于120％。

12.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述天线在346GHz至大于3000GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，在空气介电质中所述天线的性能大于150％。

13.根据权利要求1所述的天线图案，其特征在于，所述天线在147GHz至559GHz的频率范围内辐射，其中S11＝-9.5dB，在硅介电结构中所述天线的性能为116％。

14.一种天线的几何阵列，其特征在于，所述天线的几何阵列包括用于接收和/或发射亚太赫兹和太赫兹(THZ)信号的多个天线图案的矩阵；所述天线图案包括：具有双圆形结构的第一导体，所述第一导体的双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述第一导体的所述第一传导圆瓣的半径大于或等于所述第二圆瓣的半径(Rx≥Rc)；具有双圆形结构的第二导体，所述第二导体的双圆形结构包括具有半径(Rx)的第一传导圆瓣和具有半径(Rc)的第二圆瓣，使得所述第二导体的所述第一传导圆瓣的半径大于或等于所述第二圆瓣的半径(Rx≥Rc)；所述第二导体连接至所述第一导体；所述第一导体和所述第二导体由至少一个端口表征，由此在所述第一导体和所述第二导体之间具有交叉区域。

15.根据权利要求14所述的几何阵列，其特征在于，包括选自由下述组成的组中的矩阵：

a.4行×4列的所述天线；

b.3行×2列的所述天线；

c.4×4天线；

d.具有不同定向的3×4天线；

e.及其任意组合。

16.根据权利要求14所述的几何阵列，其特征在于，所述几何阵列经由连接器电耦接至互补金属氧化物半导体收发器芯片/检测器。

17.根据权利要求14所述的几何阵列，其特征在于，还包括具有相同结构的多个天线。

18.根据权利要求14所述的几何阵列，其特征在于，还包括具有不同定向的多个天线。

19.根据权利要求14所述的几何阵列，其特征在于，还包括在结构上不同的多个天线。

20.根据权利要求14所述的几何阵列，其特征在于，所述圆瓣为振荡瓣，所述振荡瓣具有选自由下述组成的组中的形状：圆、盘、椭圆、圆锥、球形、球体状、柱体、箍状、圈、环状、蛋状、管状及其任意组合。

21.根据权利要求17至19中任一项所述的几何阵列，其特征在于，所述天线选自由下述组成的组：双锥形天线、领结形或蝶形天线、双纽线状天线、对数周期天线、对数螺旋天线、圆锥螺旋天线、双锥形天线、由彼此驱动的两个球形半球的圆形侧部组成的碟形天线、及其任意组合。