60GHz基于AMC结构标准CMOS工艺片上天线研究

【摘要】当今，随着无线通信和集成电路的迅速发展，个人无线通信得到了广泛的关注。由于60GHz这一频段在国际上不受限制，所以学者们对这一频段的个人无线通信单元进行了深入的研究。由于60GHz是在射频频段，所以该频段的天线结构尺寸非常小，而现在的集成电路工艺可以将该频段的天线集成在芯片上，即片上天线（AntennaOnChip：AOC）。但是根据传统方式设计的片上天线在现在应用较广的半导体工艺——标准硅工艺上（CMOS）的辐射效率低下，主要是因为标准CMOS工艺掺杂硅基底的高相对介电常数和低的电导率。所以，如何提高片上天线的辐射效率是当今学术界研究的主要问题。现在，解决这一问题的方法主要有：通过离子注入的方式提高片上天线下方硅基底的电阻率、选择硅基底较薄的CMOS工艺实现片上天线、通过微加工的方式去掉硅基底、引入隔离层分离片上天线和硅基底、合理设计钝化层使其兼具保护和聚焦功能，还有就是本文主要探索研究的方式——利用标准CMOS工艺六层金属结构在片上天线和硅基底之间加入人工磁导体金属单元周期结构。本文主要研究工作如下：1.分析总结人工磁导体和片上天线发展的背景和历程，为研究做理论性的指导和铺垫，并且为自己研究提供可行性依据。2.分析研究典型高阻抗表面设计的电路原理，包括早期的有金属通孔的高阻抗表面和后期发展的没有金属通孔的高阻抗表面，给出了各个高阻抗表面金属单元结构推导公式、等效传输线图和集总电路原理图。并且分析说明了高阻抗表面和人工磁导体之间的关系。现在的人工磁导体结构主要是抑制表面波，提高天线辐射效率。3.分析天线的各个参数和指标，根据理论设计出片上微带天线和片上偶极子天线，仿真优化使这两种天线满足60GHz频段要求。4.根据人工磁导体理论，设计出简单的标准十字形人工磁导体金属单元结构，在此基础上优化出满足60GHz条件的米字形人工磁导体金属单元结构。5.将设计出新型结构的人工磁导体结构应用在两种片上天线上，分析比较人工磁导体结构对片上天线性能的影响。改变人工磁导体所在的金属层以及人工磁导体面积的大小，仿真分析其对片上天线参数的影响。
【作者】张钊；
【导师】罗国清；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，集成电路工程，2014，硕士
【关键词】60GHz；标准CMOS工艺；片上天线；人工磁导体结构；

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