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基于MEMS硅基底L波段微带天线的研究与设计

赵明锐  
【摘要】: 空中通信节点技术是现代战争中重要的支撑技术,该技术先进与否,直接影响着战斗力的强弱,所以空中通信节点技术一直是军队急需。当今,空中通信节点设备的轻型化是人们关注的焦点。而于二十世纪九十年代起发展起来的微机电系统(MEMS)技术,为空中通信节点设备的轻型化提供了新的方向。MEMS技术最重要的应用领域之一是用于射频通信领域,可将目前难以集成的分立器件与电路芯片一起集成为轻、薄、小的芯片系统。微机电系统(MEMS)技术可将微带天线与RF-MEMS开关、射频前端集成在一起,这样就减小了系统的体积,达到了空中通信节点轻型化的目的。将MEMS应用于微带天线领域,已经成为微带天线发展的一个新的领域,前景十分广阔。微机电系统(MEMS)技术与微电子技术和精密加工技术的相互结合,合理使用,所制作的RF-MEMS天线与一般传统形式加工的微带天线相比,在几何尺寸、功能、物理性能、价格等许多方面都拥有无与伦比的优势,是未来技术发展的必然趋势。 本课题来源于“十一五”军事预研项目“轻型空中通信节点技术”,是在X与C波段的基础上设计L波段的微带天线。L波段的频率范围是1GHz-2GHz,本文所设计的微带天线中心频率为1.9GHz,利用经典理论与公式设计了工作于L频段,中心频率为1.9GHz,带宽大于80MHz的基于MEMS硅基底微带天线。与C波段、X波段相比,L波段所设计的微带天线的最大的问题在于,由于其频率小,按照矩形微带天线设计的尺寸相对较大。由于硅的尺寸的限制,所设计的微带天线在现有的硅的尺寸上来讲,很难做到与C/X波段微带天线集成,所以小型化就是L波段微带天线研究的重点。本文采用了曲流的方式对微带天线进行小型化处理,设计了2种不同方式的曲流模型,对其进行仿真比较,最后采用了曲流与销钉加载相结合的方式完成了基于MEMS硅基底L波段微带天线单元的设计。所设计的L波段微带天线单元尺寸降低至原尺寸的18%,贴片尺寸降低至16%。由于设计的微带天线单元的功率和增益难以满足项目的需求,所以设计了微带天线阵列。根据项目的要求,计算了微带天线阵列需要的数目,设计了微带天线阵列的馈电网络,最后完成了2*2微带天线阵列。经过HFSS仿真,所设计的天线阵列满足项目设计的要求。


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