Page 22 - MWJC_JulAug2017_eMag

TechnicalFeature 技术特写 测试和测量

公共和军用无线电

卫星通信
工业、科学和医疗
基于CMOS工艺的 民用和国防雷达

60GHz圆形贴片式片上天线

60 GHz CMOS Circular Patch Antenna-on-Chip

Adel Barakat, Ahmed Allam and Adel B. Abdel-Rahman,
Egypt-Japan University of Science and Technology
Hala Elsadek, Electronics Research Institute
Ramesh K. Pokharel, Kyushu University
Aimeric Bisognin, University Nice-Sophia Antipolis and ST Microelectronics
二极管
Cyril Luxey, University Nice-Sophia Antipolis and Institut Universitaire de France

本文介绍了一种使用TSMC 0.18μm CMOS工艺设计制造的60GHz圆形贴片式片上天
线（AoC），应用于非对称人工磁导体（AMC）。对于允许的频带，AMC平面的反射系
数为正，因此入射与反射波同相。AMC处于工作频率时会产生高阻抗，从而减少了面波并
提高了增益。应用方形AMC能够提升圆形AoC的性能。然而，经由冗长的馈线将AoC连接 高性能射频领域值得信赖的品牌
到前端电路时会使得方形AMC单元产生断续，从而影响性能。应用非对称的矩形R-AMC
可以成功克服这一问题。将圆形AoC与改良过后的非对称AMC一起使用，能够进一步提高
增益。其成品大小仅为1715μm×710μm，具体|S |参数、增益和辐射方向图见正文。
11
MACOM致力于为全球客户提供业界领先的二极管设计和特定应用的解决
方案。
0GHz频段涵盖了7GHz的免授权频段，可实
6现高达数千兆字节/秒的数据速率，远超目 MACOM的设计和应用工程师秉承65年的优良传统，致力于通过面向任务关键型应用的
前无线技术的传输能力。该频段的开发对于许 新一代宽带射频解决方案来巩固领先地位。我们的射频专家团队利用最新的半导体技术
d g
多新兴技术而言意义非凡，包括无压缩高清视 和最先进的铸造工艺，助力在带宽、功率、封装和可靠性方面达到全新的性能水平。
频流、无线游戏、互联网接口、大文件快速传 只有MACOM才能提供：
输及无线个人局域网等。60GHz频段有许多优
点，主要有二：一是氧分子导致的衰减高达10 (a) 二极管支持服务 可扩展二极管产品组合 专利技术
至15dB/km，从而在短距离上可进行频率复用； > 提供量产批准：确保我们 > PIN 二极管、肖特基二极 > AlGaAs：高频开关产品组合最
二是由于60GHz的自由空间波长仅为5mm，有助 PBC 的工厂内保持安全库存 管、变容二极管、齐纳二 高可达94 GHz
于天线实现小型化。这些属性使得60GHz系统能 Air Box 水平 极管、整流器和稳流器 > HMIC：高功率二极管和开
1-3
够很好地替代当前短距离无线系统 。 > 产品扩展/变型，定制设计 > 片式电容器、衰减器、薄 关产品组合（ 0.1-20 GHz,
和开发 膜电阻器和螺旋电感 6.5W CW入射功率）
片上系统（SoC）将天线、前端和后端电路
特色： > 高可靠性的筛选功能：宇 > 射频/微波/毫米波和直流
集成在一个芯片上，是实现低成本无线通信的 Square AMC MSS 系列混频器专用 航、军级、特军级和超特 通用解决方案
有效解决方案。AoC与其他电路相集成避免了 Substrate 硅肖特基二极管 军级，经过宇航级认证的 > 集成二极管产品：开关模
额外引入天线所增加的材料成本。此外，因为 射频和直流设备 块、限幅器模块、梳状波
不再需要50Ω的阻抗，天线匹配电路也一并去 > 应用支持：经验丰富的一 发生器和驱动器模块
除。最后，SoC确保了整个无线系统制造过程的 (b) 流团队支持您的关键需求
一步到位。为了继续降低成本，可使用CMOS工 180
艺这种主流数字技术来实现AoC，尽管CMOS衬 90
底具有低电阻率、高介电常数的特征，AoC的增 RP (°) 0
益和辐射效率方面性能较差 1-16 。 –90
用于提高AoC性能的后处理设计方法包括 –180
65
55
60
4
5
微加工 和质子注入 。微加工通过选择性地去除 40 45 50 Frequency (GHz) 70 75 80
AoC下CMOS衬底的损耗部分来增强性能。质子 (c)
注入则是向AoC覆盖的区域释放高能离子，以 图1. 方形AMC的两个单元（a）、HFSS配置 了解更多内容：
提升其电阻率。即便如此，这两种技术因为属 （b）、反射相位（c）。 www.macom.com/diodes
20 Microwave Journal China 微波杂志 Jul/Aug 2017