【摘 要】
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随着频谱资源日益紧张以及部分频段被规划用于5G通信,毫米波成为天线研发的重要目标频段。由于毫米波频率高,此频段具有极宽频谱,为日益紧张的频谱资源注入新鲜血液;具有较高的传输效果和通信保密性;波长极短,此波段下的天线尺寸很小,有利于天线阵列和整体系统的小型化。但是与微波频段相比,毫米波频段大气传输损耗严重,所以高增益毫米波天线和与之配套,连接天线和芯片的低损耗传输线是毫米波通信系统研发的关键。新型介
【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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随着频谱资源日益紧张以及部分频段被规划用于5G通信,毫米波成为天线研发的重要目标频段。由于毫米波频率高,此频段具有极宽频谱,为日益紧张的频谱资源注入新鲜血液;具有较高的传输效果和通信保密性;波长极短,此波段下的天线尺寸很小,有利于天线阵列和整体系统的小型化。但是与微波频段相比,毫米波频段大气传输损耗严重,所以高增益毫米波天线和与之配套,连接天线和芯片的低损耗传输线是毫米波通信系统研发的关键。新型介质集成悬置线结构（Substrate Integrated Suspended Line,SISL）继承了传统波导悬置线的低损耗特性,并且通过印刷电路技术规避了金属波导的缺点,可以满足毫米波电路对新型传输线的要求,在高性能器件的设计应用中取得了许多成果。基于SISL结构在毫米波频段下的优异性能与结构优势,进行毫米波天线设计,充分展示SISL的结构灵活性,扩展天线设计的思路。通过调研了解5G毫米波天线开发的研究背景和高性能传输线的研究意义,掌握SISL结构的特点和设计理论,学习天线的重要特征参数和设计理论。基于以上理论基础的研究,在电磁仿真软件HFSS中完成一款线极化对踵指数型渐变槽线天线（Antipodal Linearly Tapered Slot Antenna,ALTSA）、一款圆极化天线系统和一款圆极化直线型渐变槽线天线（Tapered Slot Antenna,TSA）的设计,并完成加工测试。测试结果表明,线极化ALTSA匹配频带是24.2-29.2 GHz,ALTSA增益高于8.18 dBi,最高增益9.16 dBi出现在26 GHz频点,主瓣方向上交叉极化增益低于主极化增益15 dB。天线在5G通信的26 GHz频段上实现了高增益。由Vivaldi天线和H-plane喇叭天线组合成的圆极化天线系统在25.5-27.7 GHz频带上,天线系统实现阻抗匹配,频带上最高增益为6.13 dBi,轴比低于3 dB,主瓣方向上交叉极化增益低于主极化增益15 dB。天线在26 GHz频段上实现匹配、稳定的增益和圆极化。基于SISL的圆极化直线型TSA阻抗匹配频带为24.4-28.9 GHz,此频带上增益为2.94-4.51 dBi,最高增益4.51 dBi出现在26GHz频点上。在25.5-28.3 GHz频带上天线轴比低于3 dB,主瓣方向上交叉极化增益低于主极化增益20 dB。天线在26 GHz频段上实现匹配、稳定的增益和圆极化。
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