基于低温共烧陶瓷技术的电磁波带隙型贴片天线研究

论文摘要

光子晶体的概念从提出到现在已经有二十多年的时间，引起众多科学家的广泛兴趣。光子晶体的结构从最初的体积较大的钻孔型以及堆垛型结构发展到利用光蚀刻技术等实现的小尺寸结构，这使光子晶体结构应用领域不断扩展。光子晶体的显著特征就是具有相应电磁波频段的禁带，这个特性使该结构在通讯、导航、雷达等很多领域大有应用前景，可以说只要涉及电磁波传播的领域都可以将这个结构引入。天线是现代通讯领域中一个必不可少的器件，其功能已从最初单纯的电磁波能量转换器件发展成兼具信号处理的系统；天线的设计已从用机械结构来实现其电气性能发展为机电一体化设计；天线的制造已从常规的机械加工发展成印刷和集成工艺。随着微电子技术与大规模集成电路迅猛发展，使天线成为电子设备中庞大、笨重部件的问题日渐突出，因而对天线的小型化提出了更高的要求。在天线小型化过程中的突出问题就是天线的辐射效率，为解决这一问题，本研究将光子晶体结构引入天线的结构中，利用其对电磁波的禁带作用来提高天线的辐射效率。设计时参照HFSS软件模拟结果，据此制备的实际结构与仿真结果基本吻合。采用了低温共烧陶瓷技术实现设计，其基本原理是将多层陶瓷元件技术与多层电路图形技术相结合，利用低温烧结陶瓷与高电导率低熔点金属内导体在900℃下共烧，在多层陶瓷内部形成无源元件和互联，制成模块化集成器件。本文设计的光子晶体结构是一类陶瓷加金属多层结构，并将此结构在生产线上实现，注重实验室理论与实际生产结合，光子晶体结构与低温共烧陶瓷技术结合，是一种很具创新的尝试。将制备出的光子晶体结构加入贴片天线的基底中，利用EBG结构对相应频率电磁波的抑制作用，抑制天线的表面波和背瓣辐射，提高天线向空中辐射的效率，增加天线的定向增益，是将光子晶体结构在实际产品中应用的有益尝试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.1.1 光子晶体的概念演变以及结构演变过程
• 1.1.2 EBG 结构的理论分析方法
• 1.1.3 低温共烧陶瓷技术（LTCC）简介
• 1.2 EBG 结构应用于平面天线的国内外研究进展
• 1.3 本论文的主要工作和内容安排
• 第2章 EBG 结构的设计以及工艺实现
• 2.1 EBG 的结构设计原理
• 2.2 LTCC 工艺过程
• 2.3 EBG 的结构设计
• 2.4 EBG 结构的工艺实现
• 2.4.1 浆料
• 2.4.2 EBG 结构制备
• 2.4.3 结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 贴片天线结构的设计以及工艺实现
• 3.1 贴片天线概述
• 3.1.1 简介
• 3.1.2 贴片天线的原理及重要参数
• 3.2 贴片天线的仿真设计与工艺实现
• 3.2.1 HFSS 简介
• 3.2.2 贴片天线的仿真设计
• 3.2.3 贴片天线的工艺实现
• 3.2.4 贴片天线的测试与分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 加入 EBG 结构天线的制备与测试
• 4.1 加入 EBG 结构天线的制备
• 4.2 EBG 结构天线的测试与分析
• 4.2.1 网分仪测试结果对比分析
• 4.2.2 微波暗室测试结果对比分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果