多層LCP技術(shù)的毫米波段超寬帶槽天線解析

1 引言
　　無線寬帶通信的迅猛發(fā)展需要能傳輸高比特率的新型寬帶天線。毫米波段是短距離高比特率無線通信的重要波段。所以近年來，毫米波段小型高性能的超寬帶天線吸引了大量的研究人員在這方面進行研究工作。
　　天線設(shè)計的另一個重要趨勢是集成天線的射頻前端電路。在過去幾年中，低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCC）大量用于射頻前端電路。但是，LTCC由于其相對較高的介電常數(shù)會導致阻抗帶寬較窄和明顯的表面波，并不是一種理想的用于天線集成的材料。最近，提出了將液晶聚合物（LCP）材料用于微波和毫米波射頻前端電路集成和封裝。LCP作為一種新材料，損耗比LTCC更低，非常適用于制造微波，毫米波設(shè)備，因而有很好的應用前景。其優(yōu)點如下：低損耗（頻率為60GHz時，損耗角正切值0.002-0.004），靈活性，密封性（吸水率小于0.004％）［1］。正是基于以上優(yōu)點，LCP可用于制造高頻器件。
　　2 超寬帶槽天線設(shè)計
　　2.1 單層槽天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　錐形槽天線是一種重要的超寬帶天線類型，顯示了一些優(yōu)點如寬帶和高增益。此類天線的基本設(shè)計原則。在傳統(tǒng)的錐形槽天線中接地板是沒有使用的，能源輻射到錐形槽的兩側(cè)。在設(shè)計集成天線，一般需要把天線安裝在金屬地板之上，但是金屬板會嚴重影響天線性能，如減少工作帶寬。因此，帶地板的錐形槽天線設(shè)計是一項重要的工作和嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　圖１是LCP工藝結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。電路板由８層金屬和７層介質(zhì)組成，厚度分別為h1=50μm ，h2=18μm，介質(zhì)層的相對介電常數(shù)是2.9。
　　
　　圖1 LCP工藝結(jié)構(gòu)圖
　　我們基于多層LCP電路板設(shè)計帶地板的覆蓋毫米波低頻段的超寬帶槽天線。立體結(jié)構(gòu)如圖２所示。能量通過最上層的微帶線饋入天線，線性錐形槽放在第三層金屬上，通過微帶－槽線將能量從饋線耦合到輻射槽，見圖4。對于微帶饋線來講，第三層金屬相當于地板，因此用金屬柱將輻射槽和接地板連在一起。第二，四，五，六，七的金屬蝕刻形成空氣隙，由兩個長方體組成，形狀類似于“凸”字，如圖5所示。這兩個長方體的尺寸分別是L9×W7×h1， L10×W8×h1。空氣隙主要作用是增加介質(zhì)層的厚度，展寬帶寬。另外，由于金屬層只是蝕刻去一部分，可以加強機械強度。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)尺寸見表格1。
　　
　　圖2 立體結(jié)構(gòu)圖
　　
　　圖3 第一層微帶線