Page 26 - MWJC_JulAug2017_eMag

TechnicalFeature 技术特写

2
280 µm 280 µm 1.19mm 。
400 µm
版图、制造及测量
100 µm 65 µm
图6a为搭载了改良版不对称R-AMC
525 µm
90 µm
25 µm 20 µm 255 µm 平面的圆形AoC的版图，馈源位置略有
调整，总体大小为1715μm×710μm。
100 µm 40 µm 100 µm 图6b和6c分别是AoC芯片的成品图及相
(a) 10 µm (b) 19
应测量装置。天线的测量由Pan等人 描
述的装置进行，采用100μm的Infinity ®
Scanning
Wave Arm 0 探针，并由Cascade 101-190套件进行校
Absorbers Horn Simulated Measured
|S 11| (dB) 沫架起，芯片下方放置了一块金属以解
Antenna –10 准。AoC由对EM波几乎不可见的支撑泡
I AUT Supporting –20 决接地问题。图6d记录了成品AoC的实
Probe 际|S 11 |，参考仿真结果可见吻合度良好。
Foam –30
50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70
(c) (d) Frequency (GHz) 图7a进一步比对了峰值增益响应
的实际值与模拟值。鉴于成品AoC位于
芯片的角落，我们在图上将其模拟增益
图6. 搭载于改良版非对称R-AMC平面的圆形AoC的版图（a）、芯片实物图（b）、
测量装置（c）、|S 11 |的模拟与测量值（d）。 以“无金属”标识，与测量结果进行比
较。一开始，两者之间有多达4dB的出
18
710μm，因为该方向上的增益性能影响 入。因为仿真环境不存在金属制品 ，
Curve Info
No metals With metals Measured 可忽略不计。除此之外，如图5a所示， 该差异的出现可能是因为没有考虑到附
0 2.2 dB 通过加厚贴近AoC的AMC单元，再调整 近金属、探头和探针主体的影响。图7b
的仿真模型纳入了金属体的作用，探头
AoC与改良后AMC单元的间隙“d1”和
Peak Gain (dBi) –4 1.5 dB Simulated AMC单元本身之间的间隔“d2”，整 也参照Pan等人 的建议进行了建模。
–2
19
体输入匹配性能有所提升。天线的|S 11 |
图7a中的标为“有金属”的模拟峰值增
–6
益与测量结果较为接近，尤其是在小于
–8
60GHz处具有0dBi的增益，其面积仅为
–10 仿真和峰值增益响应结果见图5b，在 58GHz的前半段。尚存的差值可能是由
50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70
Frequency (GHz)
(a) 0 Z Z Z 0
X –30 –10 30 –30 0 –10 30 –30 –10 30
X Z –20 –20 –20
Y –60 –30 60 –60 –30 60 –60 –30 60
Z Y –40 –40 –40
–90 90 X –90 90 X –90 90 X
–120 120 –120 120 –120 120
–150 150 –150 150 –150 150
–180 –180 –180
X X X
(b) 0 0
–30 30 –30 30 –30 0 30
–8
–8
图7.增益的模拟与测量值（a），HFSS –60 –12 60 –60 –16 60 –60 –16 60
–19
模型（b）。 –26 –24 –24
–33 –32 –32
–90 90 Y –90 90 Y –90 90 Y
真结果：两者谐振频率一致，匹配性能
也大致相同。图4c进一步对比了增益及 –120 120 –120 120 –120 120
效率，表现基本一致。同样的，我们从 –150 150 –150 150 –150 150
(a) –180 (b) –180 (c) –180
图4d可以看到，两种情况下的电场分布
也几乎一样。这些观察结果表明，方形 图8. E面（上）和H面（下）辐射方向图，蓝色为测量值、红色为模拟值： 56GHz时
AMC和不对称R-AMC可相互替换应用 （a），60GHz时（b），64GHz时（c）。
于TM模天线中。
表2 性能比较
搭载于改良版非对称R-AMC的圆 参照方案 本设计 11 13 14
形AoC
工艺 0.18 μmCMOS 0.18 μm CMOS 0.18 μm CMOS 0.18 μm Bi-CMOS
为了进一步提高AoC的增益与有效
面积比，图5中针对不对称R-AMC平面 天线类型 圆形贴片 双环 贴片 /
进行了修改，移除了AoC正下方的两个 增益测量值 －4.3 at 60 GHz －4.4 at 65 GHz －0.5 at 60 GHz －2.5 at 94 GHz
单元。这种通过削减AMC单元以提高增 （dBi） 2
11
益的方法最初是由X. Bao等人 提出的。 面积（mm ） 1.22 3.24 10.89 2.6
另外，每个单元的长度限制为860μm到 小结 尺寸小 圆极化 片外AMC 超表面辐射
24 Microwave Journal China 微波杂志 Jul/Aug 2017