【摘 要】
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28GHz频段是5G重点部署的频段之一,属于毫米波频段。毫米波具有可靠性高,安全性好,波长短,对应的射频器件尺寸小,有利于设备小型化的特点。但是需要对应的低损耗、高增益、高发射功率的天线克服较大路径损耗的不足。扇出型晶圆级封装（Fan out wafer level package,FOWLP）具有体积小、损耗低等特点、契合毫米波天线的设计需求。基于扇出型晶圆级封装在毫米波频段的优良性能和结构优势
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金项目“基于晶圆级扇出式封装技术的毫米波封装天线的研究”（编号61901139）；
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28GHz频段是5G重点部署的频段之一,属于毫米波频段。毫米波具有可靠性高,安全性好,波长短,对应的射频器件尺寸小,有利于设备小型化的特点。但是需要对应的低损耗、高增益、高发射功率的天线克服较大路径损耗的不足。扇出型晶圆级封装（Fan out wafer level package,FOWLP）具有体积小、损耗低等特点、契合毫米波天线的设计需求。基于扇出型晶圆级封装在毫米波频段的优良性能和结构优势,设计高增益、体积小的毫米波天线,对于提高毫米波无线通信系统的性能具有重要意义。为提高辐射功率,单端口天线需要引入功率合成网络,毫米波易产生较大损耗。传统的相控阵具有功率合成的能力,但是馈电结构复杂、体积较大。多端口馈电技术在天线的辐射单元上直接实现功率合成,避免引入功率和成网络和复杂的馈电网络以及较大的体积。基于对天线高增益和功率合成的需求,完成一款基于扇出型晶圆级封装的多端口线极化超表面天线的设计。该天线采用四个端口,形成两组差分馈电。仿真结果表明,其实现了26.64GHz-30GHz上的-10d B端口阻抗匹配,端口之间的隔离度低于-16d B。天线在29.2GHz达到最大增益12.5d Bi,3d B增益带宽为24.5GHz-30.7GHz。天线在28GHz处E面半功率波束宽度为52°,在H面的半功率波束宽度为48°,交叉极化低于-40d B。在多端口馈电实现功率合成的基础上,满足28GHz频段的高增益、低交叉极化和线极化的要求。基于圆极化波在5G通信中具有广泛的应用场景,完成一款基于扇出型晶圆级封装的多端口圆极化超表面天线的设计。该天线同时对四个端口用等幅度的0°,90°,180°,270°信号馈电,仿真结果表明,其实现了在26.23GHz-29.65GHz上的-10d B阻抗匹配,端口之间的隔离度低于-17d B。天线在27.8GHz达到最大增益11.86d Bi,3d B增益带宽为24GHz-29.5GHz。天线在28GHz处Phi=0°面半功率波束宽度为36°,在Phi=90°面的半功率波束宽度为36°,交叉极化低于-20d B。在多端口馈电实现功率合成的基础上,满足28GHz频段的高增益、低交叉极化的圆极化要求。基于在无芯片连接馈电时对封装天线测试需求,结合封装的结构特点,通过焊球与PCB连接实现过渡转换。抑制了平行平板波,完成了用于对该封装天线性能单独测试的与PCB连接的低损耗过渡结构的设计。
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