60-GHz LTCC 圓極化螺旋陣列天線
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1引言
60-GHz無線短距離通信和現有的其他通信方式相比，具有更大的通信容量，通信保密等顯著優點。如今60-GHz已經成為一個研究熱點，特別是60-GHz天線的設計。現在的天線從傳統的設計到片上天線，封裝天線設計等。設計低損耗的60-GHz通常基于多層LTCC技術。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來實現螺旋結構。
2陣列單元設計
此圓極化陣列單元采用8個三分之一開口圓環，并且每個圓環兩端加入兩個小環以防止加工過程中通孔的位置不對導致連接不正確使得天線無法正常工作。各個圓環之間采用通孔連接來形成螺旋天線結構。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，便于設計陣列時減少饋電網絡對陣列的影響。
天線單元結構如圖1所示。整個設計的單元為20層。LTCC材料采用FerroA6-M（介電常數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陣元結構圖
表I天線陣元詳細尺寸
符號 | 數值 | 單位 |
r1 | 0.3 | mm |
r2 | 0.15 | mm |
r3 | 0.1 | mm |
phi | 120 | degree |
h1 | 0.5 | mm |
h2 | 0.3 | mm |
h3 | 0.1 | mm |
h4 | 0.2 | mm |
圖2陣列單元的仿真結果
陣元的仿真結果如圖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設計饋電網絡，并且利用接地共面波導與帶狀線的轉換器來便于利用探針測試。此陣列的尺寸為12×10×2mm3。
圖3陣列結構圖
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