[00105443]基于微机械工艺的 Q 波段高效波束扫描 MIMO 天线阵研究与实现

该项目为国家自然科学基金资助青年科学基金项目（项目批准号：61601050）。

该项目针对毫米波无线通信应用，首先提出了基于微机械工艺的矩形微同轴传输线结构， 该传输线采用 SU8 支撑同轴线内径，形成镂空结构，降低毫米波传输线的损耗。该传输线的仿真和测试的损耗小于 0.18dB/mm，且能兼容 CMOS 工艺。采用多层结构设计两款 60GHz 天线阵。第一款为波束扫描天线。波束扫描角度分别为±35°和±11°。第二款为 60GHz 圆极化

天线阵。天线增益在 60GHz 中心频率为 14.5dBi。

采用 PCB 工艺，提出了两款宽带、高增益毫米波介质集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）天线阵结构、两款基于介质集成同轴线的波束扫描天线阵和三款基于介质集成空腔波导的高增益、低成本天线阵。两款天线阵均采用多层 SIW 缝隙耦合馈电方式。第一款 Q 波段天线提出了在 SIW 缝隙上方纵向加载十字形铝块辐射缝隙，增益提升了约 3dBi。第二款提出在 SIW 缝隙上方纵向加载磁电偶极子 38-GHz 的天线阵，带内最大测试增益为 26.7dBi，测试辐射效率为 83.2%；基于介质集成同轴线(Substrate Integrated Coaxial Line, SICL)波束扫描天线阵采用耦合馈电开槽微带结构。在 45GHz 处，波束方向为-28.5°、-14.1°、 18.4°和 35.6°；基于 FR-4 板材设计实现了介质集成空腔波导（Empty Substrate Integrated Waveguide，ESIW）传输线，获得了 0.045dB/cm 的低损耗效果。提出了 H 面喇叭天线的介质和耦合线双重加载/矩形槽介质加载技术，在 Ka 频段和 W 波段实现了实际增益 4dB 的提升， 阻抗带宽分别达到了 32.9%和 19.6%。

采用低温共烧(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)工艺，提出采用高次模 SIW谐振腔设计多层 SIW 馈电网络，相比传统馈电网络，大幅度减少了金属过孔的数量，降低成本。采用 CMOS/BiCMOS 工艺，提出了短路同心环天线、加载 AMC 材料天线和 SIW 背腔在片天线结构，以减小表面波提高天线增益。