MEMS寬帶毫米波天線陣列研究.pdf

1、毫米波是指波長范圍為1厘米到1毫米范圍內的電磁波,其對應頻段為30GHz-300GHz。工作在毫米波段的無線通信設備可以充分利用該波段寬帶大的優(yōu)勢來滿足高速通信的要求；此外,毫米波收發(fā)器件易于與微波單片電路集成使得射頻電路的小型化可集成成為可能；毫米波與紅外波段和光波段相比受惡劣天氣干擾小,因而更適合無線通信。天線是無線通訊的核心部件,毫米波天線具有尺寸小、結構緊湊的優(yōu)勢,但同時能夠保證天線的高定向性,這使得其可用于高分辨率的雷達通信和

2、集成導航設備。共面波導饋電的平面縫隙天線由于其重量輕、剖面低、易于與單片集成電路和固態(tài)有源器件集成等優(yōu)勢而成為毫米波波段天線的首選。由于天線的特征尺寸要與波長相當,毫米波天線對加工精度的要求也因為波長變短而相應提高,另外,為了達到展寬帶寬等性能要求,在二維平面內其結構也變得更為復雜,并出現向低剖面三維結構發(fā)展的趨勢,因此傳統(tǒng)的精密機械加工已經不能滿足這樣的高精度集成要求,必須探索新的制造方法。MEMS(Micro-Electro-Mec

3、hanical Systems)技術不僅具有類似IC工藝的平面集成制造能力,同時它還兼容了微米甚至納米級精度的三維微結構制造,三維非硅微加工技術更可以同時兼容多種材料的集成制造,提供了滿足上述精確多元集成制造需求的最具可行性的新技術途徑。本文意在結合三維非硅微加工技術的特點,從結構靈活構造方面開展低剖面毫米波縫隙天線陣列設計方法創(chuàng)新研究,探索MEMS加工技術與毫米波天線有機結合的有效方式。為此目標,分別提出了幾種基于三維微結構集成的毫米

4、波寬帶縫隙天線陣列創(chuàng)新設計,利用Ansoft-HFSS有限元仿真軟件,對創(chuàng)新設計的天線陣列進行了系統(tǒng)性仿真分析和結構參數優(yōu)化,并基于三維非硅微加工技術開發(fā)了相應的集成制造工藝流程,成功研制了一種典型的陣列天線樣品,完成了關鍵性能測試,達到了預期的目標。設計一提出了一種由共面波導并聯(lián)饋電網絡饋電的2×2四元天線陣列,饋電網絡的T型轉彎處通過架設空氣橋來抑制奇模態(tài)的產生,從而保證了傳輸網絡的低損耗,該設計中引入了切口調節(jié)支來調節(jié)阻抗匹配,測

5、試結果表明該天線陣列的工作帶寬約為30GHz-39.6GHz (S11<；-10dB),中心頻率為35GHz,相對帶寬為27.4%,與仿真結果吻合較好,仿真得出在整個工作帶寬上,增益均保持在8.5dB-10dB之間；設計二在雙向輻射的天線陣列基礎上引入了帶圓形孔的金屬反射板,分析并優(yōu)化了金屬板尺寸對天線回波損耗及增益性能的影響,仿真結果表明天線陣列實現了單向輻射,在35GHz處增益達到12.2dB,當S11<；-10dB時工作帶