毫米波60GHz立體電路

考慮到未來的5G應用，需將機械（如外殼、塑料殼）和電氣部件的功能結合起來。將天線直接集成到塑料部件中的優點是，可以減少由于天線、空氣和外殼中其他塑料或金屬部件之間的過渡而造成的反射，從而減少損失。在天線直接集成的情況下，電磁波可以直接從塑料部件或從金屬附著的塑料部件輻射出去。但必須注意到，這僅適用于主要輻射發生在與外部塑料部件或外殼相連的區域的輻射結構。圖1為一個具有集成天線和收發器電路的未來設備示意圖。

圖1、含三維集成波導饋入天線的未來智能器件示意圖

塑料材質設置為LDS 3730使用的值（εr=2.9，tanδ=0.007）。各仿真模型如圖2所示。集成天線的塑料部分（灰色）被上層部份和底部用塑料板（白色）覆蓋。因此天線完全集成在塑料部件中。輸入反射系數的模擬結果如圖3所示。天線的輸入反射系數低于-10分貝，從57千兆赫到64千兆赫，輸入反射系數低于-8分貝，從64 GHZ到66 GHZ。H面和E面的輻射特性如圖4所示。在H面上，輻射特性顯示出相對較小的主瓣，而在E面上，輻射特性顯示出較寬的主瓣。在60 GHz WiFi/Wigig頻率范圍內實現的峰值增顯示出相對平滑的曲率和約2.2 dB的最大變化（圖5）。這項研究首次揭示了未來立體電路在毫米波范圍內制造射頻天線的可能性。

圖2、集成智能器件天線仿真模型

塑料材質設置為LDS 3730使用的值（εr=2.9，tanδ=0.007）。各仿真模型如圖2所示。集成天線的塑料部分（灰色）被上層部份和底部用塑料板（白色）覆蓋。因此天線完全集成在塑料部件中。輸入反射系數的模擬結果如圖3所示。天線的輸入反射系數低于-10分貝，從57千兆赫到64千兆赫，輸入反射系數低于-8分貝，從64 GHZ到66 GHZ。H面和E面的輻射特性如圖4所示。在H面上，輻射特性顯示出相對較小的主瓣，而在E面上，輻射特性顯示出較寬的主瓣。在60 GHz WiFi/Wigig頻率范圍內實現的峰值增顯示出相對平滑的曲率和約2.2 dB的最大變化（圖5）。這項研究首次揭示了未來立體電路在毫米波范圍內制造射頻天線的可能性。

圖3、集成波導饋入天線的仿真輸入反射

圖4、集成智能器件天線的仿真輻射特性

圖5、仿真實現的頻率增益

立體電路制造的可集成到塑料部件中的喇叭天線

一個可以有效地用于毫米波范圍的天線的例子是介質填充波導饋入天線。與通常以矩形或圓形截面實現的典型充氣波導不同，對于立體電路制造的產品，介電材料LDS塑料與應用于外表面的立體電路金屬化一起形成波導。立體電路制造的另一個優點是可以直接將電路板和介質填充波導結合在一起。對于輻射天線單元，可采用波導饋入結構的典型原理。本文僅列舉了一些可以通過立體電路工藝制造的電介質棒和不同類型的透鏡型結構以及電介質和電介質涂層喇叭天線。使用立體電路制造此類結構的工藝相對簡單，表明了未來毫米波在消費者或汽車傳感器應用中的可用性。為了評價該方法和立體電路工藝，開發了一種測試結構，該結構由一個接地CPW組成；該CPW直接向介質填充波導供電。作為輻射元件，采用了電介質喇叭天線。測試天線覆蓋了24 GHz ISM波段和77 GHz波段的頻率，用于汽車近程雷達系統。圖6顯示了兩個已實現的測試天線，所用的塑膠材料是LDS 3730。

圖6、共面波導饋入介質填充波導過渡的介質喇叭天線的實現測試結構

圖7a、24GHz介質喇叭天線的輸入反射系數和輻射方向圖

圖7b、77GHz介質喇叭天線的輸入反射系數和輻射方向圖

兩個測試天線的特征都與它們的射頻特性有關。圖7顯示了在24GHz（圖7a）和77GHz（圖7b）下輸入反射系數和輻射模式的測量和模擬結果。通過測量3個天線后可以認為，測量和模擬的一致性對主瓣方向的輻射方向和輸入反射系數都有很好的影響。此外，三個制作的測試天線之間也實現了良好的匹配。綜上所述，這表明了立體電路技術在毫米波頻段的可靠性。設計測試結構的主要范圍是驗證立體電路工藝，結構必須保持相對簡單，因此選用未處于優化狀態的測試天線。對于未來一應用為導向的配置，3D表面阻抗金屬化可以將立體電路技術的優勢應用在3D形狀天線結構上。因此，3D制造的靈活性可用于開發高效結構，并應對未來射頻設備所面臨的挑戰。

來源：深圳市微航磁電技術有限公司