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封装天线的电磁兼容特性研究

韩国瑞  
【摘要】:近年来,随着无线通信技术的飞速发展,特别是移动通信和无线局域网的广泛应用,对射频收发系统的设计提出了新的要求。各种低成本、小体积、易加工、高集成度的射频收发系统相继问世。系统级封装是上世纪90年代中期提出的一项系统集成新技术,是未来二十年无线通信系统发展的趋势,受到学术界的高度重视。 本论文在分析国内外研究现状的基础上,主要针对射频前端系统级封装中的电磁兼容性问题进行研究。针对差分和非差分封装天线的近场分布进行了数值仿真。在此基础上,分别提出了一种通过设置金属过孔对封装腔内的电场进行抑制的封装结构。另外,论文还对封装腔内的带线与封装天线的耦合进行了分析,提出了一种降低二者间耦合的孔栅结构。论文主要包括以下的内容: 第一章概述了射频系统级封装电磁兼容性的研究背景和意义,阐述了射频系统级封装的国内外研究现状,并简要介绍了本文的研究内容。 第二章简要介绍了天线的基本电特性参数和数值分析方法。首先,简要介绍了决定天线性能的基本电特性参数;其次,以矩形贴片微带天线为例,简要阐述了微带天线的工作原理和辐射电场分布;再次,比较了分析微带天线的有限元法、矩量法和时域差分算法等数值算法。 第三章主要对多层封装天线的近场特性进行了分析和研究。在建立FDTD模型基础上,对封装腔中的电场分布进行了仿真和分析。通过合理安排连接天线地和封装地过孔的数量和位置,来达到抑制封装腔中的电场强度的目的。采用新的封装形式后,封装腔中的电场不仅在大部分地区被降低了10dBV/m,而且电场分布也变得更加均匀。在这种情况下,封装的元件的尺寸不需要再受到限制,该组件可以更自由地布置在封装腔中。 第四章主要对一种差分形式的封装天线的近场特性进行了研究和分析。在建立这种差分封装天线的FDTD模型的基础上,对封装腔中的近场分布进行了仿真计算,并对减小近场的方法进行了研究。在此基础上,设计了一种减小封装腔中电场的封装形式。新的封装形式通过在封装腔两侧增加连接天线地和封装地的孔栅结构,来达到抑制封装腔中的电场强度的目的。此外,本章还对天线采用网格地时的近场特性进行了研究。理论仿真与实验测试结果表明,新的封装形式可以将封装腔中的电场降低20dB V/m。 第五章主要分析了封装腔内电路与外部天线之间的耦合特性。首先,建立封装腔内的具有带线的差分封装天线的FDTD模型,并得到了带线与封装天线之间的电磁耦合关系。通过分析,提出了一种抑制这种耦合的封装形式。理论与实测结果表明,采用新的封装形式后,耦合系数被降到了-40dB以下。 第六章对本论文的研究内容进行了总结,并对封装天线建模和提高隔离度的研究方法进行了展望。


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