根据多层LCP技能的毫米波段超宽带槽天线

1 导言

无线宽带通讯的迅猛开展需要能传输高比特率的新式宽带天线。毫米波段是短距离高比特率无线通讯的重要波段。所以近年来，毫米波段小型高功能的超宽带天线招引了很多的研讨人员在这方面进行研讨作业。

天线规划的另一个重要趋势是集成天线的射频前端电路。在曩昔几年中，低温共烧陶瓷技能(LTCC)很多用于射频前端电路。可是，LTCC因为其相对较高的介电常数会导致阻抗带宽较窄和显着的表面波，并不是一种抱负的用于天线集成的资料。最近，提出了将液晶聚合物(LCP)资料用于微波和毫米波射频前端电路集成和封装。LCP作为一种新资料，损耗比LTCC更低，非常适用于制作微波，毫米波设备，因而有很好的运用远景。其长处如下：低损耗（频率为60GHz时，损耗角正切值0.002-0.004），灵活性，密封性（吸水率小于0.004％）[1]。正是根据以上长处，LCP可用于制作高频器材。

2 超宽带槽天线规划

2.1 单层槽天线的结构规划

锥形槽天线是一种重要的超宽带天线类型,显现了一些长处如宽带和高增益。此类天线的根本规划准则。在传统的锥形槽天线中接地板是没有运用的，动力辐射到锥形槽的两边。在规划集成天线，一般需要把天线安装在金属地板之上，可是金属板会严重影响天线功能，如削减作业带宽。因而，带地板的锥形槽天线规划是一项重要的作业和严峻的应战。

图１是LCP工艺结构的侧视图。电路板由８层金属和７层介质组成，厚度分别为h₁=50μm ，h₂=18μm，介质层的相对介电常数是2.9。

图1 LCP工艺结构图

咱们根据多层LCP电路板规划带地板的掩盖毫米波低频段的超宽带槽天线。立体结构如图２所示。能量经过最上层的微带线馈入天线，线性锥形槽放在第三层金属上，经过微带－槽线将能量从馈线耦合到辐射槽，见图4。关于微带馈线来讲，第三层金属相当于地板，因而用金属柱将辐射槽和接地板连在一起。第二，四，五，六，七的金属蚀刻构成空气隙，由两个长方体组成，形状类似于“凸”字，如图5所示。这两个长方体的尺度分别是L9×W7×h1, L10×W8×h1。空气隙首要作用是添加介质层的厚度，展宽带宽。别的，因为金属层仅仅蚀刻去一部分，能够加强机械强度。优化后的结构尺度见表格1。

图2 立体结构图

图3 第一层微带线

图4 第三层辐射槽

图5 第2，4，5，6，7层的空气隙

表1 单层锥形槽的尺度

2.1.2 天线的仿真成果

运用Ansoft HFSS 9.0和 CST 2005软件对这种天线模型进行了仿真,仿真成果如图6所示。反射系数小于-10dB的带宽仅从40GHz至52GHz。42GHz和47GHz两个谐振点的增益分别为2.1dBi，3.0dBi。两种软件的仿真成果标明很难到达规划要求。

图6 单层锥形槽的S11图

2.2 双层槽天线的结构规划

单层槽天线的仿真成果不能满意实践运用对带宽的要求。为了进一步展宽带宽，考虑到此类天线首要由直线突变缝隙辐射，因而在本来的基础上，将第五层金属蚀刻成另一个不同尺度的锥形槽，见图7。结构尺度见表格2。

图7 第五层锥形槽

表2 第五层锥形槽尺度

2.2.2 天线的仿真成果

相同，咱们运用Ansoft HFSS 9.0和 CST 2005两种软件对天线模型进行了仿真，见图9。从S11图能够看出双层的锥形槽大大展宽了带宽，反射系数小于-10dB的带宽从33GHz－60GHz，掩盖毫米波低频段。在三个谐振点39GHz，42.6GHz，52.7GHz的增益分别为2.1dBi，3.0dBi，3.2dBi，方向图如下所示。

图8 双层锥形槽的S11图

(a) f=39GHz (b) f=42.6GHz (c) f=52.7GHz

图9 天线的方向图(phi=0^o)

从图9能够看出，锥形槽天线显现出显着的多频特性。谐振点的方位首要有突变缝隙的长度决议，当突变缝隙的长度变长时，同一频段的谐振点变多。并且，突变缝隙的张角对谐振点的回波损耗值有影响。经过方向图发现，此类天线具有非常安稳的方向图，跟着频率的升高，天线的方向性在逐步增强，波束宽度在变窄但波束指向始终不变。

3 定论

本文根据LCP电路工艺，提出了一种毫米波段的超宽带锥形槽天线。为了进一步展宽带宽，初次提出用两个锥形槽相结合的规划方案。带金属地板的结构能够有用按捺天线的后向辐射。规划的成果标明，该天线能够作业在33GHz－60GHz，整个作业带宽内方向图根本共同。因为天线是椭圆极化，因而能够作业在杂乱的环境中。该研讨标明，LCP电路工艺合适开展低成本，重量轻和高功能的毫米波天线。