60-GHz LTCC 圓極化螺旋陣列天線

1引言

60-GHz無線短距離通信和現(xiàn)有的其他通信方式相比，具有更大的通信容量，通信保密等顯著優(yōu)點(diǎn)。如今60-GHz已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，特別是60-GHz天線的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在的天線從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)到片上天線，封裝天線設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)低損耗的60-GHz通?；诙鄬?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/LTCC">LTCC技術(shù)。利用各陣列單元饋電相位相差900來拓寬天線的帶寬特別是圓極化帶寬。利用過孔連接金屬圓環(huán)來實(shí)現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)。

2陣列單元設(shè)計(jì)

此圓極化陣列單元采用8個(gè)三分之一開口圓環(huán)，并且每個(gè)圓環(huán)兩端加入兩個(gè)小環(huán)以防止加工過程中通孔的位置不對(duì)導(dǎo)致連接不正確使得天線無法正常工作。各個(gè)圓環(huán)之間采用通孔連接來形成螺旋天線結(jié)構(gòu)。饋電采用帶狀線通過通孔連接到輻射單元。這樣使得饋電部分和天線輻射部分隔離，便于設(shè)計(jì)陣列時(shí)減少饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)陣列的影響。

天線單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)設(shè)計(jì)的單元為20層。LTCC材料采用FerroA6-M（介電常數(shù)εr為5.9，損耗正切角tanδ為0.002）。每層的厚度為0.1mm，金屬的厚度為0.01mm，通孔的半徑為0.05mm。陣列單元的尺寸如表I所示。

圖1陣元結(jié)構(gòu)圖

表I天線陣元詳細(xì)尺寸

圖2陣列單元的仿真結(jié)果

陣元的仿真結(jié)果如圖2所示表明此陣列單元具有48GHz到69GHz的阻抗帶寬和51GHz到72GHz的軸比帶寬。此天線性能完全滿足60-GHz短距離通信的帶寬要求。

3天線陣列

如圖3所示，我們通過帶狀線T-junction設(shè)計(jì)饋電網(wǎng)絡(luò)，并且利用接地共面波導(dǎo)與帶狀線的轉(zhuǎn)換器來便于利用探針測(cè)試。此陣列的尺寸為12×10×2mm3。

圖3陣列結(jié)構(gòu)圖