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TechnicalFeature 技术特写

L g 表1 搭载于AMC平面的圆形AoC的最优尺寸
L m
X 0 D
D W f W g x o y o L m W m L f W f L g W g
450 64 85 60 14 50 54 100 254
Y 0 L f
(a)
为： 圆形AoC，和方形AMC一样可以得到
AoC with AMC
最优尺寸。图4b对比了圆形AoC与非对
（1）
称R-AMC和方形AMC配对时|S 11 |的仿
其中f up 及f lo 分别是使反射相位等于
+90°和-90°的频率，f c 为反射相位等于
Si Substrate
0°时的中心频率。
GND 图1a为一个方形AMC单元 ，图1b
3
(b)
是其反射相位响应的优化仿真。由理
0 想电边界（Perfect-E）及理想磁边界 (a)
|S 11| (dB) –10 （Perfect-H）我们得到了周期性边界条 0 Square Rectangular
–20
件（PBC）。AMC单元采用波端口激
–30 励；表面具有反射系数（S 11 ），可据此 –10
50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70
Frequency (GHz) 演算出反射相位的角度值。AMC的最 |S 11| (dB) –20
(c) 优尺寸为d=260μm，g=30μm，带宽为 –30
16.5％。
0 40 E Cohn 提出了利用方形AMC提高圆 –40 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70
16
Peak Gain (dBi) –2 30 形AoC性能的方法。根据他的阐述，通 (b) Square Rectangular
–1
Frequency (GHz)
20
过增加AMC单元在天线极化方向上的个
10
–3
–4
55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 0 (%) 数并减少在法向上的量，能够提高AoC –1 0 40 E
的增益与有效面积比。图2a及2b展示了
30
Frequency (GHz)
(d) 搭载于最优化AMC平面的圆形AoC， Peak Gain (dBi) –2 20
最优尺寸详见表1。图2c为|S 11 |的仿真 –3 10
图2. 搭载于AMC平面的圆形AoC的俯 结果，带宽为18GHz。此外，由仿真可 –4 0 (%)
视图（a）、三维图（b）、模拟|S 11 |值 得60GHz时增益及效率分别为-0.8dBi和 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
（c）、模拟峰值增益及效率值（d）。 (c) Frequency (GHz)
22.5％，如图2d所示。
于额外的处理步骤，所以还是增加了总
成本。使用AMC 3,11-14 进行电磁屏蔽是另 搭载于非对称R-AMC的圆形AoC
一种选择。AMC的表面由介质基板上周 图3a描绘了自由空间中射向“Cohn
期性排列的二维或三维结构金属贴片组 方块”的TM波，其电场位于yz平面，磁 (d)
成，其中心频率处的反射系数为+1，因 场沿x方向分布。观察到方形AMC平面
此能够实现宽带匹配。AMC位于工作频 上，平行于y轴的边之间的电场消失，导 图4. 搭载于非对称AMC平面的圆形AoC
带时，平面的尺寸造成高阻抗，导致面 致方形AMC退变成了一排长条形非对称 的俯视图（a）、模拟|S 11 |值（b）、模拟
峰值增益及辐射效率（c）、方形AMC
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波传播的减弱，从而AoC的辐射效率得 R-AMC，如图3b所示 。 （左）和非对称R-AMC（右）的电流密
以提高。然而，采用对称AMC的AoC增 图4a展示了载于非对称R-AMC的 度（d）。
益与有效面积的比值很低。Barakat等人
3
提出了一个增大比值的措施：在AoC的 d2 = 400 µm
极化方向上增加AMC单元，并在垂直方
g = 5 µm
向上限制数量。
Z
本文提出了一种使用非对称矩形 d1 = 10 µm L = 710 µm
15
R-AMC 的方案，既能提高增益与有效 w = 280 µm
面积比又不影响其他性能。此外，和对 Y
称AMC相比，非对称R-AMC对长馈线 (a) (a)
的插入损耗较小。该设计使用了ANSYS 0
®
高频结构模拟器（HFSS ）进行优化， (dB) –4
–8
®
并采用Cadence Virtuoso 完成版图，最终 –12 |S 11| Gain
由0.18μm CMOS技术实现。 Peak Gain –16
搭载于方形AMC的圆形AoC –20 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70
Frequency (GHz)
AMC表面的反射相位随频率变化于 (b) (b)
±180°间浮动，在谐振频率处等于零。 图3. TM波入射AMC平面示意图，位于 图5. 搭载于非对称R-AMC平面的圆形
一般认为，AMC的有效带宽位于±90° yz平面的电场（a），原始AMC以及等 AoC的俯视图（a）、模拟|S11|值及峰值
3
之间 。AMC的百分比带宽可由式1表示 效非对称AMC（b）。 增益（b）。
22 Microwave Journal China 微波杂志 Jul/Aug 2017