基于LTCC超材料基板的小型化V波段毫米波微帶天線設(shè)計(jì)

劉振哲 汪 澎

(電子科技大學(xué) 成都 611731)

1 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，高增益、寬頻帶的毫米波天線，被廣泛應(yīng)用于無線通信、車載雷達(dá)、機(jī)載天線等商業(yè)、軍事領(lǐng)域[1]。毫米波微帶天線因具有體積小、重量輕、剖面薄、饋電方式靈活，在霧、雪和塵埃等氣候條件下有良好的傳播特性等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。目前，V波段中76GHz～77GHz被應(yīng)用于汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的避撞雷達(dá)，這就對(duì)毫米波微帶天線的尺寸小型化提出了更高的要求[2]。

提高介質(zhì)基板的特征參數(shù)(μr，εr)是實(shí)現(xiàn)微帶天線小型化的重要途徑[3]。由于表面波效應(yīng)，高介電常數(shù)基板存在輻射效率低，阻抗匹配困難等問題。高磁導(dǎo)率材料基板被用來替代高介電常數(shù)材料基板[4]。然而磁性材料存在笨重、損耗大、千兆頻段后磁性衰減等缺點(diǎn)，不適于毫米波領(lǐng)域的應(yīng)用，但近年來蓬勃發(fā)展的超材料(metamaterials)對(duì)解決此問題帶來無限的生機(jī)。

超材料可以實(shí)現(xiàn)豐富廣泛的介電常數(shù)值和磁導(dǎo)率值，達(dá)到許多自然材料不能達(dá)到的值域空間，甚至可以控制材料在空間的非均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)許多常規(guī)材料無法實(shí)現(xiàn)的性質(zhì)和功能[5]。本文采用超材料即通過微金屬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電磁諧振來獲得具有高等效電磁參數(shù)的介質(zhì)，應(yīng)用LTCC超材料基板，設(shè)計(jì)了一款工作在76GHz～77GHz的小型化V波段毫米波微帶天線。

2 S參數(shù)提取法

超材料的特性分析，首先是從等效媒質(zhì)參數(shù)入手，S參數(shù)提取法[6]目前已經(jīng)被廣泛用來分析超材料的電磁特性行為。磁導(dǎo)率μ和介電常數(shù)ε與n和z之間的關(guān)系為[7]: