低温共烧陶瓷基板

,LTCC文献阅读,2016,张德龙16722137,介绍,具有宽带宽的140-GHz频带可用于未来的通信，成像系统，传感器和雷达。基板上的平面天线由于其低轮廓，易于集成，低制造复杂性和低成本等优势。由于损耗和成本的增加以及制造和测试的难度，设计具有宽带宽和在140-GHz频带的高增益的平面天线很困难。,基于LTCC材料的140GHz的基片集成波导（SIW）馈电天线阵列。将阵列的设计方法扩展到140GHz。44天线阵列使用CST微波工作室设计，采用LTCC工艺制作，使用自制装置在信息通信研究所测量。原型可显示测量带宽的阻抗匹配，视轴增益，和辐射图案。,阵列构造和设计考虑,3D的SIW天线阵列示意图,六层的LTCC缝隙天线阵列功率分配器和耦合器将入射功率并行分配到44辐射缝隙中。辐射缝隙顶部，利用带孔的介电负载来提高带宽和增益。散热器，介电负载，馈电网络和用于测量的转换结构集成到LTCC衬底中。,馈电结构在多层LTCC上实现，其中SIW由埋孔形成。LTCC基板由从其顶部到底部编号的20层形成。每一层的共烧陶瓷厚度为0.095mm。LTCC基板材料是FerroA6-M。,LTCC天线阵列俯视图(a)介电负载(b)子阵列(c)功率分配器,实验结果,在信息通信研究所的消声室中使用内部远场毫米波（mmW）天线测量系统测量该阵列。天线总尺寸为23mm20mm0.76mm。波导固定在天线底部。发射信号通过连接到OML模块输出端的波导馈送到被测天线。在110-170GHz增益为22.3-23.4dBi的喇叭天线位于旋转臂上，并连接到另一个OML模块的输入。,测量装置和天线原型,模拟和测量的增益在140GHz下为17.0和16.3dBi，在130-155GHz和130-152GHz上分别高于14.4和13.8dBi。在153-155GHz的测量增益下降2-3dB可能是由制造或测量的公差引起的。没有转变的阵列的仿真效率在140GHz下约为70或1.55dB损耗。其中包括0.62dB的导体损耗，0.75dB的介电损耗，0.08dB的反射损耗和0.1dB的泄漏损耗。,天线阵列的测量和模拟视轴增益以及仿真效率,在130，140和155GHz的频带上，测量的图案是稳定的。H平面测量的旁瓣电平（SLLs）是小于-12.，-10和，-12dB，E平面测量的是-11，-14和-8dB。H平面，140GHz测量的SLL比模拟的高出3dB，这可能是由于如制造和测量的公差等问题引起。,天线阵列在H和E平面中的测量和模拟辐射模式,结论,LTCC中的SIW缝隙天线阵列的设计技术已经应用于140GHz频带，其中制造的局限和公差已经被考虑在内。使用介电负载已经显着地改善了槽阵列的阻抗匹配带宽和增益。实验结果验证了阵列的设计。这项工作为工程师提供了在上mmW频段的平面宽带天线设计的一个选择。,介绍,可调谐天线能通过可用频带之间的智能切换以缓解无线电频谱拥挤问题。铁氧体材料是一个用于可调天线的合适的介质。通过外部电磁体为铁氧体基板上的天线提供静磁偏置。在空气/铁氧体边界处产生大的退磁效应，导致外部磁体效率低。,在天线下方将偏置绕组嵌入在铁氧体衬底本身中。可使用多层低温共烧陶瓷（LTCC）技术改进。本文提出了一种分析模型来预测贴片天线在部分磁化铁氧体衬底上的频率响应。设计原型天线，使用两个不同的偏置绕组，嵌入在多层铁氧体LTCC基底，得到普通（O）和非普通（E）模式调谐范围。将理论模型，仿真和测试结果进行比较。,设计和仿真,E模式贴片，使用基底的底部五层来设计电磁绕组以产生Z向静磁偏置场，O模式，在第五层顶部设计具有相等宽度的六个平行导体以产生Y取向的场。接地平面在第六层，贴片天线在顶层（第十层）。在天线和绕组之间，使贴片的射频场保持不受直流偏置导体的存在影响。在顶部（第十层）上实现了尺寸为3.6mm3.4mm的13GHz嵌入馈电微带贴片天线。在偏置情况下的天线频率调谐仿真使用非均匀场来完成。,(a)E模式电磁绕组(b)O模式偏置导体,具有沿着三个轴（X，Y和Z）的水平和垂直线的四个基片层,在偏置绕组上进行磁静态仿真以确定不同电流激励的磁场强度。偏置绕组产生不均匀的静磁场，应建模以模拟处于磁化状态的天线。观察静磁场并且模拟贴片天线下的非均匀场。底部三层在Z方向偏置，第四层在Y方向偏置。,E模式的3mm3mm静磁模拟线圈绕组,(a)嵌入式电磁线圈绕组的X射线图像(b)制得的天线,通过顶层上的直流焊盘提供磁偏置。,E模式线圈每层9匝，总共54匝。导体宽度为100微米，50微米间距。O模式贴片的六个平行导体（450微米宽，100微米间距）。,频率调谐测量,E模式下测量的频率响应,无偏贴片的基本模式在13.1GHz，与理论和模拟相当好。随着绕组中的电流增加，贴片的频率减小。该模式使用180mA的最大偏置电流，将天线调谐降到11.85GHz。1.25GHz的测量调谐范围。,在这些结果中可以观察到非常好的一致性。与分别通过模拟和理论预测的1240MHz和1050MHz相比，测量结果表现出1250MHz的调谐范围。可以观察到理论和测量之间的轻微偏差，这可以归因于在理论模型中不能使用非均匀场。,E模式的理论，模拟与测量曲线,测量结果表现出650MHz的调谐范围，其与如图8所示的模拟（680MHz）和理论（770MHz）良好一致。与E模式相比，该模式的较低调谐范围是由于到对于大的电流值（1600mA）由宽偏置导体（400微米宽）产生的较弱的磁场。,O模式的理论，模拟与测量曲线,辐射模式测量,通过焊接到顶层上的偏置焊盘的电线进行与基片的直流连接。在没有这些导线的情况下，必须使用直流探头来提供所需的偏置。,偏置条件下的辐射模式图测量装置（基片连接到SMA连接器）,无偏置的模拟和测量辐射模式图。,180mA偏置电流,针对不同的偏置条件沿着天线E平面和H平面在-180到+180的范围测量。对于无偏置和偏置状态分别测量3.0和3.2dBi的最大增益。没有任何偏置时最大交叉极化电平低于15dB，在存在偏置时降至20dB。O模式的测量增益值类似于E模式测量。结果证实了天线贴片的辐射特性在有和没有偏置下几乎相同。,理论模型很好的预测在部分磁化的基板上的贴片天线的调谐，还有助于对铁氧体LTCC天线进行精确的微波模拟。在铁氧体LTCC衬底中实现天线原型设计以研究了基于偏置方向的两种不同模式（E和O模式）。在