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超宽带(Ultra Wideband,UWB)通信技术,功耗低、数据传输速率高、容量大,并且拥有强大的抗多径效应能力,是广泛应用于军事和民用通信领域的无线通信技术。高集成度的单芯片射频收发器和担任电磁波接收和能量辐射转换结构的UWB天线在无线通信系统中均占据重要地位。现如今无线通信系统终端设备体积不断减小,促使天线与射频前端电路设计朝着小型化、高集成度方向不断推进。在此背景下,封装天线(Antenna in Package,AiP)技术应运而生,此种技术将天线与射频芯片集成封装成一个表贴器件,缩减了系统封装体积,提高了系统集成密度。本文基于多层PCB加工工艺,将封装天线技术应用于UWB无线通信系统中,以超宽带封装天线为研究对象完成了以下几个方面的研究与设计工作:一、超宽带天线的小型化设计,实现了四款小型化超宽带天线。第一款天线基于平面单极子结构,通过优化馈电结构,实现了物理尺寸仅为14×22.5×1.6 mm~3的郁金香形小型化超宽带天线。第二款天线基于E面对称切割原理,获得了尺寸仅为7×23×1.6 mm3,工作于2.78~11 GHz的小型化超宽带天线。第三款天线采用具有花瓣形边界的准自补型结构,实现了工作于3.21~11 GHz频段并且结构紧凑(9×17×1 mm~3)的小型化超宽带天线。第四款天线采用在辐射贴片下方加载开口谐振环的技术,在尺寸为9×17.5×1 mm~3的面积上实现天线超宽带工作的同时,对5.45~5.95 GHz频段具有良好的陷波特性。二、小型化超宽带天线的封装特性研究,设计了两款小型化超宽带封装天线。首先基于上述“郁金香形小型化超宽带天线”设计了一款垂直封装超宽带天线。此款天线结构紧凑(14×23.5×2.8 mm~3),拥有99.86%的相对带宽,具有近乎全向辐射的特性。然后设计了一款拟用于超宽带室内定位系统的水平封装超宽带天线。该封装结构中的天线采用相较于上述“准自补型结构超宽带天线”低频增益更高的类单极子天线结构,并且通过在地转角处开四分之一圆槽的方法,改善了天线高频全向辐射特性。此款封装天线的加工工艺为多层PCB加工技术,相对于LTCC加工工艺更简单且造价更低;通过对差分转单端传输线和递进式馈电传输线等“芯片-天线”互联链路的设计,实现芯片对天线的有效馈电。天线最终优化的物理尺寸为24×45×1.6 mm~3,工作频段覆盖芯片工作频段3.5~6.5 GHz。