【技术实现步骤摘要】
基于人工磁导体和介质谐振器的片上天线的设计方法
本专利技术属于天线
，具体的说是涉及一种基于人工磁导体和介质谐振器的片上天线的设计方法。可应用于CMOS工艺片上天线结构的设计方法。
技术介绍
随着无线通信市场的迅速成长，毫米波技术得到广泛的应用，基于CMOS工艺的片上集成天线，具有体积小、易于与射频前端电路集成等优点。人工磁导体即AMC(ArtificialMagneticConductor)结构，是超材料的一种，它们可以代替理想导体(PEC)面作为低轮廓天线并且可以增强天线性能。人工磁导体结构就是在硅衬底与功能电路层之间加入一个隔离层，降低硅衬底对高频电磁波的损耗。其隔离作用是由于人工磁导体的反射相位带隙特性，当入射波频率接近人工磁导体结构的谐振频率时，人工磁导体结构的表面阻抗很高，因此平面波入射到人工磁导体表面时其反射波与入射波相位差为0，当入射的电磁波频率使人工磁导体表面阻抗等于自由空间阻抗时，入射波与反射波的相位差为±90°，设计人工磁导体结构，使其入射波与反射波的相位差在±90°之间就可以实现对入射电磁波的隔...
【技术保护点】
1.一种基于人工磁导体和介质谐振器的片上天线的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)计算单极子天线的结构参量/n1a)确定天线工作频率f和衬底有效介电常数ε
【技术特征摘要】
1.一种基于人工磁导体和介质谐振器的片上天线的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)计算单极子天线的结构参量
1a)确定天线工作频率f和衬底有效介电常数εeff，计算单极子天线的有效天线长度Leff；
1b)确定单极子天线的几何形状；
1c)计算有效长度Leff中各分量原始参数；
(2)确定衬底高度h、介电常数εr和人工磁导体单元的带宽BW，计算人工磁导体单元结构参量；
(3)确定介质谐振器的材料介电常数εl和原始形状，计算介质谐振器结构参量；
(4)人工磁导体单元的优化：
4a)将计算所得人工磁导体金属片的边长W和相邻金属片之间的缝隙g作为人工磁导体单元初始值；
4b)将人工磁导体单元加载于CMOS工艺底层的金属层；
4c)采用电磁数值仿真技术对人工磁导体单元参量进行微调，调节人工磁导体金属片的边长W和相邻金属片之间的缝隙g；
(5)对人工磁导体的阵列进行加载：
5a)在CMOS工艺底层的金属层加载N×M个人工磁导体阵列，其中，M为天线有效长度方向上的数量，N为垂直于天线有效长度方向上的数量，且N＜M；
5b)将单极子天线的结构参量作为初始值，将单极子天线加载于CMOS工艺顶层的金属层；
5c)对加载于CMOS工艺底层的金属层的排列方式进行优化，通过增加天线有效长度方向上的数量M和减小垂直于天线有效长度方向上的数量N，得到单极子天线工作频率上的增益最大值；
(6)单极子天线结构参量优化：
6a)调节单极子天线辐射贴片的尺寸，改变辐射贴片的几何面积；
6b)获得符合要求的工作频率上的天线增益；
6c)对天线馈电部分尺寸进行调节，使天线工作频率满足要求；
(7)对介质谐振器进行加载：
7a)确定介质谐振器的几何形状，将计算所得介质谐振器结构参量作为初始值；
7b)调节介质谐振器的结构参量，使介质谐振器的本征频率达到工作频率；
7c)将介质谐振器加载于单极子天线辐射贴片的上方，判断天线工作频率和增益是否满足要求，若满足，执行步骤7e)，否则，执行步骤7d)；
7d)调节介质谐振器与单极子天线在有效长度Leff上的距离，使天线工作频率和增益满足要求；
7e)获得加载人工磁导体和介质谐振器的片上天线结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体和介质谐振器的片上天线的设计方法，其特征在于，步骤1a)中所述的单极子天线的有效天线长度为Leff，按下式计算：
其中，c为自由空间中电磁波的传播速度，f为天线工作频率，εeff为衬底有效介电常数。
3.根据权利要求1所述的一种基于人工磁导体和介质谐振器的片上天线的设计方法，其特征在于，步骤1c)中单极子天线辐射...
【专利技术属性】
技术研发人员：董刚，厉成江，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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