[发明专利]一种毫米波亚毫米波硅基片载端射天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种片载天线，具体涉及一种毫米波亚毫米波硅基片载端射天线。

背景技术

天线，作为接收端的第一个元件和发射端的最后一个元件，都必须与电路相连接，因此，为了保证最大功率传输，阻抗匹配是必不可少的环节。此外，由于天线是常规PCB上实现，金丝键合用于将它们连接到集成电路，可以极大地影响匹配，尤其是在毫米波频段，因为这些键合线通常具有不确定性，不能保证可重复性。相比之下，片载天线可以与前级电路一次集成，缓解了上述问题。

然而，在现有的低成本硅基半导体工艺中，衬底一般具有较低的电阻率(通常10Ω.cm)，天线向空间辐射的能源更多的通过衬底的低电阻路径，从而导致增益下降。同时，衬底通常还具有高介电常数(εr＝11.9)，导致天线的辐射功率被限制在衬底里边，而不是被辐射到自由空间，进一步降低了辐射效率。

而且，片载天线受限于辐射面积以及辐射效率，其增益往往处于一个非常低的水平(通常小于0dB)，无法满足对天线增益要求高的场合。并且，受制于天线及前端电路尺寸，使得天线无法在大规模二维阵列的场合下使用。

同时，在芯片裂片过程中，由于芯片切割工艺的影响，容易发生崩边的现象，导致芯片损坏及片载天线性能下降。

发明内容

为了改善上述问题，本发明提供了一种结构简单、高效率、高增益的毫米波亚毫米波硅基片载端射天线。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种毫米波亚毫米波硅基片载端射天线，包括金属支撑台，以及设置于金属支撑台一侧的片载天线；所述片载天线包括硅衬底，设置于硅衬底上表面的SiO₂层，以及设置于硅衬底上表面并位于SiO₂层一侧的金属走线层；所述金属走线层位于片载天线靠近金属支撑台的一侧；所述金属走线层上设有CPW馈电端口；所述SiO₂层上设有与CPW馈电端口相连的平行双线，且设有与平行双线相连的八木天线有源振子；所述金属支撑台靠近片载天线的一侧面上设有反射面，该反射面与CPW馈电端口的接地面组合构成发射器。其中，金属支撑台为金属方块，片载天线采用标准硅基工艺设计制造并粘贴在金属支撑台边沿。

为了进一步地增加天线增益，本发明还包括设置于SiO₂层上且位于八木天线有源振子前端的八木天线引向器。

为了解决芯片裂解过程中的崩边问题，本发明还包括设置于SiO₂层周边边缘由悬浮金属层形成的悬浮金属环。同时悬浮金属环还能对芯片起到加固保护的作用。

进一步地，所述八木天线引向器与八木天线有源振子距离为0.2～0.4λ_g，所述八木天线引向器长度为0.2～0.3λ_g；其中，λ_g为毫米波亚毫米波在硅衬底中的介质波长。

再进一步地，所述八木天线有源振子长度为0.3～0.5λ，宽度为0.02λ；其中，λ为毫米波亚毫米波在真空中的介质波长。

更进一步地，所述反射面边长尺寸大于2λ；其中，λ为毫米波亚毫米波在真空中的介质波长。

另外，所述硅衬底的厚度小于0.25λ_g；其中，λ_g为毫米波亚毫米波在硅衬底中的介质波长。

此外，所述悬浮金属环的各单元尺寸小于0.05λ_g，单元间距大于0.02λ_g；其中，λ_g为毫米波亚毫米波在硅衬底中的介质波长。

本发明所公开的毫米波亚毫米波硅基片载端射天线所采用的引向器为金属振子但不仅限于此，亦可采用硅衬底与介质层组成的介质谐振器等形式的引向器。

当衬底厚度小于0.25λ_g的时候，本发明所公开的毫米波亚毫米波硅基片载端射天线所采用的反射器为金属反射面。当衬底厚度大于0.25λ_g的时候，本发明所公开的毫米波亚毫米波硅基片载端射天线可以采用的背面刻蚀/金属溅射的方法实现金属反射器，以及其它方法实现的反射器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明具有结构简单、尺寸小、高效率、高增益的优点，解决了芯片裂片过程中的崩边问题，满足在毫米波亚毫米波成像、通信以及相控阵等领域的应用要求。并且，本发明与主流CMOS工艺全面兼容，适用于各种电阻率的硅基片，且不需要额外的阻抗匹配部件。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。