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基于封装天线(AiP)的过孔分析

时间:07-04 来源:互联网 点击:

(x1,y1),(x2,y2)

(x3,y3),(x4,y4)

中心频率(GHz)

绝对带宽(GHz)

(8,-8),(8,8),

(-8,8),(-8,-8)

4.965

-10dB带宽为0

(8,0),(0,8),(-8,0),(0,-8)

5.275

0.18

表4 四周均匀分布过孔

中心频率(GHz)

绝对带宽(GHz)

5.22

0.14

过孔数量为两个时,在一些合适的位置,天线的带宽展宽了一倍多。这主要是由于天线地与系统地在两个合适的过孔连接下在原工作频率附近又出现了一个新的通带,两个通带组合在一起从而展宽了天线的带宽。这对于设计人员来说是非常有意义的,在使用常用介质和不增加制作成本的前提下,仅通过改变过孔数量与位置就达到增大带宽的效果是很实用的。

图4 封装天线等效电路图

以上讨论的均为过孔沿纵向布置,当其他参数不变,仅将过孔沿横向布置时,天线性能没有明显改善甚至恶化,且某些情况下在预期频带不出现通带。由于篇幅有限,没有将具体数值给出。

4 等效电路

按照空腔模型理论,将天线问题分为内场和外场。分析内场时,把同轴或者微带馈电等效为从天线地流向贴片的且不随流动方向变化的电流源,从而得到微带天线的等效电路为一RLC并联电路。

封装天线由于其结构的特殊性,存在天线地和系统地。贴片、天线介质、天线地可以等效为RLC并联电路,但封装天线的馈电接地端是系统地,系统地通过过孔与天线地链接,为此提出了图4所示等效电路。该等效电路主要包括贴片天线、馈电部分、连接天线地与系统地的过孔部分。由于过孔的存在,使得天线地上的电流分布发生了变化,这种变化用电感Lgnd表示,两金属地平面之间的电容效果由Cgnd表示,Lvia和Rvia分别代表过孔的电感和电阻。Lgnd与Cgnd的值是通过电路仿真软件优化得到。最终的电路参数值在表5中给出。

表5 电路参数值

Rant

Cant

Lant

Lfeed

134.9Ohm

4.9pF

0.19nH

0.43nH

Lfeed1

Cfeed1

Cfeed

Cgnd

1.31nH

0.4pF

0.24pF

0.25pF

Lgnd

Lvia

Rvia

0.1nH

0.87nH

0.2Ohm

5 测量结果

图5为根据所研究的天线物理原型制作的天线实物。测量结果展示在图6和7中,可以看出测量结果与仿真结果吻合较好。当两个过孔中心坐标为(8,8),(8,-4)时,在原中心频率附近出现新的通带,测量的天线带宽由一个过孔时0.13GHz展宽到0.45Ghz,比原来增加了两倍多。测量中心频率比仿真的均偏低100MHz,这是由于介质和制作误差引起的。

图5 天线实物照片

图6 一个过孔(x1,y1)=(8,0)时的测量结果

图7 两个过孔x1= x2=8, y1=8,y2=-4时的测量结果

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