Modeling and characterization of shielded low loss CPWs on 65 nm node silicon

Coplanar waveguides（CPWs）are promising candidates for high quality passive devices in millimeterwave frequency bands.In this paper,CPW transmission lines with and without ground shields have been designed and fabricated on 65 nm CMOS technology.A physical-based model is proposed to describe the frequency-dependent per-unit-length L,C,R and G parameters.Starting with a basic CPW structure,the slow-wave effect and ground-shield influence have been analyzed and incorporated into the general model.The accuracy of the model is confirmed by experimental results.

一种应用于5G毫米波的超宽带MIMO天线

设计了一种紧凑型超宽带(UWB)多输入多输出(MIMO)天线。该天线采用共面波导(CPW)馈电,可工作于C、Ku、K和Ka频段。天线采用平面几何结构设计,天线单元尺寸为14 mm×19 mm,结构紧凑,通过正交旋转形成4端口MIMO天线,加载十字形解耦器以增加隔离度,实现了良好的分集性能。MIMO天线的尺寸为40 mm×40 mm,工作频率为5~39 GHz,相对带宽约为154.5%,天线单元之间的隔离度<-19 dB,包络相关系数<0.05,分集增益>9.99 dB,测试和仿真结果一致。天线辐射性能良好且结构简单紧凑,可以很好地应用于5G毫米波无线通信系统中。

超宽带单陷波四元MIMO天线的设计

该文设计了一款具有单陷波特性的高隔离超宽带(UWB)四单元多输入多输出(MIMO)天线。天线的尺寸为65 mm×65 mm×0.8 mm。4个槽天线单元水平正交放置,采用易加工集成的共面波导(CPW)馈电,引入缺陷地及十字隔离枝节去耦。通过在天线辐射贴片上刻蚀一个U形槽,在4.35~6.08 GHz处产生陷波,能阻止WLAN(5.15~5.825 GHz)的通信干扰。经实测,该天线的工作频段为2.46~10.6 GHz,隔离度<-20 dB,在4.35~6.08 GHz产生覆盖WLAN的阻带,包络相关系数<0.02,分集增益>9.998,实测性能良好。该天线能够广泛应用于UWB-MIMO通信系统。

平面超宽带天线的设计与研究

提出了两种新型的平面超宽带（UWB）天线，这两种天线的馈电单元和辐射单元都采用了矩形与圆形的组合结构，使得天线的工作带宽展宽。通过数值分析和实验结果表明，两种天线可获得较宽的工作带宽，能满足UWB天线3．1～10．6GHz的带宽要求。同时，具有良好、稳定的全向辐射特性和较高的增益，有较好的实用价值。

一种新型共形微带准八木天线的设计

设计了一种新型的用于柱面共形的微带准八木天线.天线共形在一段圆柱体表面,通过共面波导馈电,避免平衡不平衡转换,简化了天线结构.采用蝶形偶极子作为辐射源,增加天线带宽.采用分段结构引向器,提高天线增益,调节输入阻抗,达到匹配.实测结果表明:天线在790～1 080MHz频带内,回波损耗S11≤-10dB,相对阻抗带宽为30%,最大辐射增益为3.8dB.

面向CAD的非对称共面波导模型及分析

本文首次提出了一个上下屏蔽的多层介质非对称共面波导模型 ,并进行了分析 .给出了它的有效介电常数 ,单位长度电容和特性阻抗的解析表达式 .并且对由模型所演变出的一个具体实例进行了数值计算和实验测试 .最后对该模型所能够演变出的具体CPW的种类进行了归纳与分类 .

一种计算效率优于XFDTD电磁仿真软件的方法

提出了一种基于FDTD方法的PML和MUR混合吸收边界条件。在FDTD计算空间的6个边界面上,通过在传输线沿电波传输方向上的两个端面设置PML吸收边界,在另外的边界面上设置MUR吸收边界的方法来实现,并应用于计算CPW的色散特性,给出了特性阻抗随频率变化的曲线,其计算结果与XFDTD电磁仿真软件得出的结果进行了比较,得到了良好的一致性,而且计算时间相对于XFDTD大大缩短,从而提高了计算效率。

射频微机械CPW开关的研究

本文采用聚酰亚胺牺牲层技术和二氧化硅介质隔离技术 ,成功地在绝缘多晶硅衬底上研制出一种射频微机械CPW开关 .初步测试结果如下 :开态电容为 0 2 1pF ,关态电容为 6 1pF ,致动电压为 2 2V ,关态下的隔离度为35dB ,开态下插入损耗为 3dB .该工艺完全与硅基IC工艺兼容 ,这为射频微机械CPW开关与IC实现单片集成化 。

低阻硅衬底上形成的低损耗共平面波导传输线

在厚膜多孔硅 (PS) /氧化多孔硅 (OPS)衬底上 ,结合聚酰亚胺涂层改善表面 ,研制低损耗、高性能射频 (RF) /微波 (MW)共平面波导CPW(CoplanarWaveguide) .通过在N和P型硅上形成不同厚度PS膜 ,并对其上的CPW进行分析比较 ,厚膜PS与石英的共面波导插入损耗非常接近 ,远小于在 2 0 0 0Ω·cm高阻硅上形成的多晶硅 -氧化硅组合衬底 :在 0 33GHz范围 ,插入损耗小于 5dB/ 1.2cm ;33 4 0GHz范围 ,小于 7.5dB/ 1.2cm .

一种简单微带线/共面波导结构的新型超宽带带通滤波器

提出了一种具有简单微带线/共面波导谐振器结构的新型超宽带带通滤波器,滤波器在通带的两侧具有两个传输零点。滤波器的输入、输出微带(开路)线之间具有耦合电容效应,该电容可以用来调整低端传输零点。微带(开路)线各自与共面波导谐振器可以形成两个串联电容,同时共面波导谐振器的一条短路枝节线形成了一个并联电感。微带开路线上的延伸微带枝节尺寸可以用来调整滤波器的上端传输零点。利用HFSS对该滤波器进行了仿真设计,详细的设计过程也一并给出。仿真表明滤波器的3 dB带宽可以覆盖UWB的整个波段。

射频微机械共面波导开关测试技术研究

通过对射频微机械共面波导(CPW)开关的工作原理进行分析,提出了一种测试射频微机械开关的电路结构。根据Cadence工作站的模拟,验证了该方案的可行性,并获得了该测试结构的优化电参数条件,为射频微机械CPW开关的测试和应用打下了基础。

一种新型CPW馈电宽带圆极化缝隙天线

设计了一种新型的CPW馈电宽带圆极化缝隙天线,圆形槽天线与共面波导馈电在介质板的同面上。通过在两个圆形槽的中间开一个纵向插槽,调整槽之间的相对位置和各自的几何参数,可以得到一个由两个正交九十度相位差的电场激发的圆极化波。最终仿真结果表明该天线在频带1.0GHz到1.8GHz满足反射系数小于-10dB、轴比小于3dB,相对带宽达到57%,工作频带覆盖了GPS等卫星导航系统。该天线具有十分紧凑的平面结构,结构简单,容易加工,便于实验调试,具有广阔的应用前景。

翘板式射频MEMS开关的研究

提出了一种新型的翘板式静电射频微系统开关，给出了理论模拟，结构分析结果和工艺制作方法。该结构采用了5μm厚的无应力单晶硅作为开关的可动部分，可以缓解薄膜应力变形。翘板式结构解决了传统静电设计中动作力弱的问题，并且通过调整支点解决了开关回复力不可调的难题。利用该结构可以在保持高隔离度的同时使驱动电压降低，有限元理论模拟驱动电压为5～10V；采用翘板式结构增加了开关的使用周期，而且结构自身具有单刀双掷特点，可以直接应用于高频通信的频道选择。给出了开关共面波导传输线的测试结果和设计讨论。

微机械共面波导腔结构的微尺度效应研究

设计了复合基底的微机械共面波导腔结构的微机械微带传输线,研究了它的相关微尺度效应。利用修正相对介电常数法和准静态法分析了微结构金属表面的粗糙度带来的结构传输特性的变化。理论分析了复合基底的微尺度残余应力及其热敏电阻,表明它们对器件的性能影响不可忽视,需要在设计时候给予考虑。利用软件模拟结构的损耗特性,比较了不同粗糙度下的传输性能参数。这些研究方法及其结论为传输线的相关微尺度领域提供了分析基础。

基于倒L缝隙加载的T形WLAN宽频带双频天线设计

针对当前无线通信系统的传输要求和现有WLAN天线存在的不足,设计了一款T形共面波导(CPW)馈电宽频带双频天线。通过改变传统矩形贴片形状并在辐射贴片上加载两个倒L缝隙结构,实现了能够同时工作于WLAN双频段的小型化宽频带天线设计。利用电磁仿真软件Ansoft HFSS13.0对天线参数进行仿真优化分析。仿真结果表明,当S11≤-10dB时,天线的工作频段分别为2.00~2.78GHz,4.22~7.57GHz,相对带宽分别达到32.6%和56.8%。天线具有良好的辐射特性,且结构简单,具有一定的工程设计参考价值。

一种新型CPW滤波器的设计

设计了一种新型结构的CPWDGS单元,这种DGS结构在CPW两侧的接地面上对称刻蚀一定形状,形成带阻特性。通过对DGS结构单元的适当组合可以实现宽阻带的微波滤波器,仿真结果表明,该结构具有陡峭的阻带衰减特性,通过改变DGS单元的尺寸可以工作于不同的频段,增加单元数目可以改善带阻滤波器的性能。设计制作了一个五单元的CPW带阻滤波器,测试结果与仿真结果相吻合。这种结构的带阻滤波器设计灵活,结构简单、易于制作、便于安装,具有广泛的应用前景。

一种新型圆极化UHF通用型RFID读写器天线

面向超高频(UHF)通用型射频识别(RFID)读写器天线的应用需求,设计了一款完全覆盖全球UHF(840 MHz^960 MHz)频段的RFID圆极化读写器天线。天线采用平面缝隙贴片结构,以共面波导(CPW)馈电方式实现宽频带圆极化特性。测试结果表明,天线的阻抗带宽为735 MHz^1 014 MHz(S11<-10 dB),相对带宽31.9%,并且在840 MHz^960 MHz频段内S11<-20 dB,3 dB轴比带宽为838 MHz^1 134 MHz,相对带宽30.0%,工作频带内有大于3.5 dBi的平坦增益。仿真结果与测试结果基本吻合,天线结构精简,易于加工,满足全球UHF RFID读写器天线的应用需求。

一种CPW馈电圆形缝隙宽带圆极化天线

设计了一种共面波导（CPW）单端口馈电的圆形缝隙宽带圆极化（CP）印刷天线。该天线通过在圆形缝隙侧面附加圆形枝节，结合CPW端口伸出的激励带条，激励出一对相位差90°的差分正交简并模，从而辐射圆极化波。对天线模型进行了优化设计和实物加工，测试结果表明，该天线的轴比带宽（AR〈3dB）达到12．5％；最大增益为3．8dB，在轴比带宽内增益的变化幅度小于1dB。

射频分布式MEMS移相器Bragg频率的研究

详细讨论了Bragg频率产生的原因及其分析方法,并依据微波网络理论对不同结构参数MEMS移相器的Bragg频率进行了分析比较。计算结果表明Bragg频率随共平面波导信号线宽度增大、随微桥周期间距增大而降低。对特征阻抗50 Ω、周期间距300μm、中心信号线宽度分别为50μm和100μm的MEMS移相器,Bragg频率相应为38.1 GHz和27.6 GHz;对中心信号线宽度为100μm的移相器,当周期间距增加为567μm时,Bragg频率进一步下降到19.6 GHz.对Bragg频率的研究为分布式MEMS移相器优化设计提供了重要依据。

非对称宽边耦合CPW微波滤波器的散射参数设计

非对称支持宽边耦合共面波导可看作是非均匀介质中的非对称耦合传输线 ,文中在非均匀介质中的非对称耦合传输线散射参数的基础上 ,推导出非对称宽边耦合共面波导的散射参数。利用所得散射参数研制了非对称支持宽边耦合共面波导滤波器 ,试验结果表明采用散射参数进行电路分析和设计的有效性。设计研制了f =3～ 5GH z的带阻滤波器 ,采用微波复合介质板 (εr=9.6、厚度为 0 .8m m) ,底层填充介质为聚四氟乙烯材料(εr=2 .1) ,上层为空气 ,上、下宽边耦合共面波导的中心导带宽度为 w =3mm ,槽宽为 sg=0 .50 mm ,长为 1=12 .57mm。上、下共面波导距离屏蔽盒顶、底的高度为 h1=10 mm。引出线采用微带渐变线进行阻抗匹配。这些为非对称支持宽边耦合共面波导在三维 (多层 )