基于磷化铟工艺的人工磁导体片上天线设计

【摘要】近些年来，因为为了顺应现代通信中要求电路尺寸小，人们对于片上集成天线（AntennaOnChip，AOC）的研究越来越广泛了。现如今大部分片上集成天线基于的半导体工艺是采用CMOS工艺，而CMOS工艺中的硅衬底的高介电常数和较大的厚度使得电磁能量大部分以表面波的形式存在于硅衬底中，而低电阻率又使得这部分能量大部分以热的形式耗散掉，少部分会从衬底边缘辐射出去，这会引起天线辐射方向图的畸变。其中导致片上天线辐射效率低的最主要原因是硅衬底的低电阻率。许多相关领域的研究人员为了改善这种片上天线辐射效率差的问题使用了很多不同的方法，其中在天线和硅衬底之间引入人工磁导体结构是一种十分有效的方法。这种人工磁导体结构对它们二者起到隔离作用，将辐射到其表面的入射电磁波同相位的反射回去，可以有效的提高天线的正向辐射效率。本文将采用一种新型的片上环境磷化铟（InP）工艺，InP材料具有禁带宽度大，电子迁移率高，负阻效应等显著优点，使得它成为微波器件的理想衬底。因为磷化铟工艺是新型工艺，所以在本文中我们对于这种工艺的具体结构参数做出了详细的介绍。并且在这种新型工艺上集成了片上偶极子天线，为了比较这种工艺是否存在优势，我们也会在论文中将它和传统CMOS工艺下的片上天线的性能做出对比。因为人工磁导体结构对于提高天线的辐射效率有很大的作用，论文将以人工磁导体结构做为主体部分。通过讨论三种经典人工磁导体结构（蘑菇型高阻抗表面、UC-PBG、频率选择表面）的等效电路模型和设计公式来分析人工磁导体结构的工作原理。并且在文章中我们设计出适合于磷化铟工艺的人工磁导体结构（十字形、正六边形和方形贴片三种人工磁导体结构），将十字形的人工磁导体结构运用在片上天线中，比较在是否加载人工磁导体结构的不同情况下，天线性能会有所不同。
【作者】戴燕君；
【导师】罗国清；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】人工磁导体；片上集成天线；InP工艺；CMOS工艺；

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