【無線射頻芯片】-毫米波60GHz立體電路技術(shù)介紹

1/1毫米波60GHz立體電路技術(shù)介紹毫米波60GHz立體電路

考慮到將來的5G應用，需將機械（如外殼、塑料殼）和電氣部件的功能結(jié)合起來。將天線直接集成到塑料部件中的優(yōu)點是，可以削減由于天線、空氣和外殼中其他塑料或金屬部件之間的過渡而造成的反射，從而削減損失。在天線直接集成的狀況下，電磁波可以直接從塑料部件或從金屬附著的塑料部件輻射出去。但必需留意到，這僅適用于主要輻射發(fā)生在與外部塑料部件或外殼相連的區(qū)域的輻射結(jié)構(gòu)。圖1為一個具有集成天線和收發(fā)器電路的將來設備示意圖。

圖1、含三維集成波導饋入天線的將來智能器件示意圖

塑料材質(zhì)設置為LDS3730使用的值（r=2.9，tan=0.007）。各仿真模型如圖2所示。集成天線的塑料部分（灰色）被上層部份和底部用塑料板（白色）掩蓋。因此天線完全集成在塑料部件中。輸入反射系數(shù)的模擬結(jié)果如圖3所示。天線的輸入反射系數(shù)低于-10分貝，從57千兆赫到64千兆赫，輸入反射系數(shù)低于-8分貝，從64GHZ到66GHZ。H面和E面的輻射特性如圖4所示。在H面上，輻射特性顯示出相對較小的主瓣，而在E面上，輻射特性顯示出較寬的主瓣。在60GHzWiFi/Wigig頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)的峰值增顯示出相對平滑的曲率和約2.2dB的最大變化（圖5）。這項討論首次揭示了將來立體電路在毫米波范圍內(nèi)制造射頻天線的可能性。

圖2、集成智能器件天線仿真模型

塑料材質(zhì)設置為LDS3730使用的值（r=2.9，tan=0.007）。各仿真模型如圖2所示。集成天線的塑料部分（灰色）被上層部份和底部用塑料板（白色）掩蓋。因此天線完全集成在塑料部件中。輸入反射系數(shù)的模擬結(jié)果如圖3所示。天線的輸入反射系數(shù)低于-10分貝，從57千兆赫到64千兆赫，輸入反射系數(shù)低于-8分貝，從64GHZ到66GHZ。H面和E面的輻射特性如圖4所示。在H面上，輻射特性顯示出相對較小的主瓣，而在E面上，輻射特性顯示出較寬的主瓣。在60GHzWiFi/Wigig頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)的峰值增顯示出相對平滑的曲率和約2.2dB的最大變化（圖5）。這項討論首次揭示了將來立體電路在毫米波范圍內(nèi)制造射頻天線的可能性。

圖3、集成波導饋入天線的仿真輸入反射

圖4、集成智能器件天線的仿真輻射特性

圖5、仿真實現(xiàn)的頻率增益

立體電路制造的可集成到塑料部件中的喇叭天線

一個可以有效地用于毫米波范圍的天線的例子是介質(zhì)填充波導饋入天線。與通常以矩形或圓形截面實現(xiàn)的典型充氣波導不同，對于立體電路制造的產(chǎn)品，介電材料LDS塑料與應用于外表面的立體電路金屬化一起形成波導。立體電路制造的另一個優(yōu)點是可以直接將電路板和介質(zhì)填充波導結(jié)合在一起。對于輻射天線單元，可采納波導饋入結(jié)構(gòu)的典型原理。本文僅列舉了一些可以通過立體電路工藝制造的電介質(zhì)棒和不同類型的透鏡型結(jié)構(gòu)以及電介質(zhì)和電介質(zhì)涂層喇叭天線。使用立體電路制造此類結(jié)構(gòu)的工藝相對簡潔，表明白將來毫米波在消費者或汽車傳感器應用中的可用性。為了評價該方法和立體電路工藝，開發(fā)了一種測試結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由一個接地CPW組成；該CPW直接向介質(zhì)填充波導供電。作為輻射元件，采納了電介質(zhì)喇叭天線。測試天線掩蓋了24GHzISM波段和77GHz波段的頻率，用于汽車近程雷達系統(tǒng)。圖6顯示了兩個已實現(xiàn)的測試天線，所用的塑膠材料是LDS3730。

圖6、共面波導饋入介質(zhì)填充波導過渡的介質(zhì)喇叭天線的實現(xiàn)測試結(jié)構(gòu)

圖7a、24GHz介質(zhì)喇叭天線的輸入反射系數(shù)和輻射方向圖

圖7b、77GHz介質(zhì)喇叭天線的輸入反射系數(shù)和輻射方向圖

兩個測試天線的特征都與它們的射頻特性有關(guān)。圖7顯示了在24GHz（圖7a）和77GHz（圖7b）下輸入反射系數(shù)和輻射模式的測量和模擬結(jié)果。通過測量3個天線后可以認為，測量和模擬的全都性對主瓣方向的輻射方向和輸入反射系數(shù)都有很好的影響。此外，三個制作的測試天線之間也實現(xiàn)了良好的匹配。綜上所述，這表明白立體電路技術(shù)在毫米波頻段的牢靠性。設計測試結(jié)構(gòu)的主要范圍是驗證立體電路工藝，結(jié)構(gòu)必需保持相對簡潔，因此選用未處于優(yōu)化狀態(tài)的測試天線。對于將來一應用為導向的配置