CN210984941U - 一种新型高效的硅基片上微带贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型高效的硅基片上微带贴片天线，包括硅衬底层和石英介质层，所述硅衬底层和石英介质层之间设置有金属腔，所述金属腔由第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层、第六金属层和过孔结构堆叠而成，所述第一金属层和第六金属层分别作为金属腔的底层和顶层，相邻两个金属层之间均设置有二氧化硅层，通过过孔结构的连接使得金属层形成一个腔体，且该腔体其中一侧面设置有开口；所述第六金属层顶端设置有贴片天线和微带线，所述贴片天线设置于第六金属层中部，所述微带线与贴片天线连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术与无线通信领域，更具体的说，是涉及一种新型高效的硅基片上微带贴片天线。
背景技术
天线是收发机系统中的重要组成部分，它主要承载着发射与接收电磁波信号的功能。在毫米波及太赫兹频段，由于频率较高，天线的尺寸小，采用集成工艺加工生产片上天线易于集成，相比片外天线能够有效避免复杂的封装过程，以及互联过程中产生的损耗。因此，片上天线的设计尤为重要。
片上微带贴片天线被广泛应用于片上雷达和成像系统中，然而硅基半导体技术中的金属层间过窄，导致设计的片上贴片天线的增益和辐射效率较低，亟需有效的解决方法提高片上微带贴片天线的增益和辐射效率。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种新型高效的硅基片上微带贴片天线。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
本实用新型的新型高效的硅基片上微带贴片天线，包括硅衬底层和石英介质层，所述硅衬底层和石英介质层之间设置有金属腔，所述金属腔由第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层、第六金属层和过孔结构堆叠而成，所述第一金属层和第六金属层分别作为金属腔的底层和顶层，相邻两个金属层之间均设置有二氧化硅层，通过过孔结构的连接使得金属层形成一个腔体，且该腔体其中一侧面设置有开口；所述第六金属层顶端设置有贴片天线和微带线，所述贴片天线设置于第六金属层中部，所述微带线与贴片天线连接。
所述第六金属层顶端开设有矩形环槽，且该矩形环槽位于贴片天线四周。
所述微带线与金属腔连接处两侧留有开口。
所述石英介质层采用四分之一波长介质厚度的石英介质层。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：
本实用新型中金属腔可以抑制电磁功率在介质中的损耗，提高天线的增益和辐射效率；四分之一波长的石英介质覆盖在天线上方可以改善天线的品质因数，进一步提高天线的增益和辐射效率。
附图说明
图1是本实用新型的三维图。
图2是天线的反射系数曲线。
图3是天线的增益和辐射效率曲线。
附图标记：1硅衬底层，2金属腔，3石英介质层，4微带线。
具体实施方式
本实用新型提出了一种新型宽带高增益片上基片集成波导天线，现结合其结构及设计方法对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型的新型高效的硅基片上微带贴片天线，包括硅衬底层1和石英介质层3，所述石英介质层3采用四分之一波长介质厚度的石英介质，该石英介质可以有效提高天线的辐射效率。所述硅衬底层1和石英介质层3之间设置有金属腔2，用于抑制电磁功率在介质中的耗散，所述金属腔2由硅基集成工艺的第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层、第六金属层和过孔结构堆叠而成，所述第一金属层和第六金属层分别作为金属腔2的底层和顶层，相邻两个金属层之间均设置有二氧化硅层，通过过孔结构的连接使得金属层形成一个腔体，且该腔体其中一侧面设置有开口。
所述第六金属层顶端设置有矩形贴片天线和微带线4，所述贴片天线设置于第六金属层中部，所述微带线4与贴片天线连接。其中，采用硅基半导体工艺的顶层和底层金属设计矩形贴片天线，合理设计其长宽比，使其谐振模为TM10模。所述第六金属层顶端开设有矩形环槽，且该矩形环槽位于贴片天线四周，此矩形环槽结构用于辐射电磁波。所述微带线作为本实用新型结构的馈电结构，采用硅基集成工艺的顶层和底层金属设计微带线，微带线与金属腔连接处两侧留有开口，便于贴片天线的阻抗匹配。
本实用新型中天线的中心频率选为340GHz，采用0.18um SiGe BiCMOS工艺(JazzSBC18H3)参数设计天线，该工艺中有六层金属Metal1—Metal6以及5层过孔Via1—Via5，金属层间介质为二氧化硅。
本实用新型天线的尺寸如表1所示，天线的带宽、增益和辐射效率结果如图2和图3所示。天线的增益和辐射效率高达5.3dBi和73％。
表1石英覆盖的背腔微带贴片天线的参数尺寸
尽管上面结合附图对本实用新型的功能及工作过程进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (4)
1.一种新型高效的硅基片上微带贴片天线，包括硅衬底层和石英介质层，其特征在于，所述硅衬底层和石英介质层之间设置有金属腔，所述金属腔由第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层、第六金属层和过孔结构堆叠而成，所述第一金属层和第六金属层分别作为金属腔的底层和顶层，相邻两个金属层之间均设置有二氧化硅层，通过过孔结构的连接使得金属层形成一个腔体，且该腔体其中一侧面设置有开口；所述第六金属层顶端设置有贴片天线和微带线，所述贴片天线设置于第六金属层中部，所述微带线与贴片天线连接。
2.根据权利要求1所述的新型高效的硅基片上微带贴片天线，其特征在于，所述第六金属层顶端开设有矩形环槽，且该矩形环槽位于贴片天线四周。
3.根据权利要求1所述的新型高效的硅基片上微带贴片天线，其特征在于，所述微带线与金属腔连接处两侧留有开口。
4.根据权利要求1所述的新型高效的硅基片上微带贴片天线，其特征在于，所述石英介质层采用四分之一波长介质厚度的石英介质层。
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