60-GHz LTCC 圆极化螺旋阵列天线

1引言

60-GHz无线短距离通信和现有的其他通信方式相比，具有更大的通信容量，通信保密等显著优点。如今60-GHz已经成为一个研究热点，特别是60-GHz天线的设计。现在的天线从传统的设计到片上天线，封装天线设计等。设计低损耗的60-GHz通常基于多层LTCC技术。利用各阵列单元馈电相位相差900来拓宽天线的带宽特别是圆极化带宽。利用过孔连接金属圆环来实现螺旋结构。

2阵列单元设计

此圆极化阵列单元采用8个三分之一开口圆环，并且每个圆环两端加入两个小环以防止加工过程中通孔的位置不对导致连接不正确使得天线无法正常工作。各个圆环之间采用通孔连接来形成螺旋天线结构。馈电采用带状线通过通孔连接到辐射单元。这样使得馈电部分和天线辐射部分隔离，便于设计阵列时减少馈电网络对阵列的影响。

天线单元结构如图1所示。整个设计的单元为20层。LTCC材料采用FerroA6-M（介电常数εr为5.9，损耗正切角tanδ为0.002）。每层的厚度为0.1mm，金属的厚度为0.01mm，通孔的半径为0.05mm。阵列单元的尺寸如表I所示。

图1阵元结构图

表I天线阵元详细尺寸

图2阵列单元的仿真结果

阵元的仿真结果如图2所示表明此阵列单元具有48GHz到69GHz的阻抗带宽和51GHz到72GHz的轴比带宽。此天线性能完全满足60-GHz短距离通信的带宽要求。

3天线阵列

如图3所示，我们通过带状线T-junction设计馈电网络，并且利用接地共面波导与带状线的转换器来便于利用探针测试。此阵列的尺寸为12×10×2mm3。

图3阵列结构图