合成传输线在毫米波及太赫兹频段的泄漏特性研究

摘要

随着集成电路技术在无线通信系统中越来越广泛的应用，集成电路的小型化成为研究热点。而传输线是集成电路中重要的组成部分，传输线用于集成元件之间的互联，同时传输线还可以用于组成一些集成电路元件，例如天线，滤波器等。一种新型的人工合成传输线，即互补式金属传导传输线（complementary-conducting-strip transmission line, CCS TL）,由于其更多样的设计参数，更紧密的二维版图布局能力，被广泛的应用于集成电路设计中。和传统的微带线相同，合成传输线由于其开放式的结构，在某些频段也有明显的电磁波泄漏特性，所以研究合成传输线的泄漏特性对于集成电路的设计有重要的意义。
　　首先本文介绍了合成传输线的结构参数，之后介绍了一种基于全波分析的广义散射矩阵法，可以精确的计算多端口周期性合成传输线的复数传播常数。通过对传输线第一高阶模（EH1）的分析，可以得到合成传输线的泄漏波特性。为了验证该数值分析方法的准确性，设计并且制作了一种基于0.13μm1P8M CMOS工艺的合成传输线，该传输线工作于400 GHz。Marchand巴伦是一种特性良好的单端转双端差分激励的器件，本文介绍Marchand巴伦的设计过程。
　　之后本文根据合成传输线的泄漏特性，设计了两种工作于400 GHz频段的泄漏波天线：一种是接地板上有内孔的合成传输线漏波天线，一种是接地板均匀的漏波天线。在设计过程中，我们先预估出漏波天线的宽度，然后根据第二章介绍的数值计算方法计算漏波天线的宽度，然后经过几次迭代后可以得到漏波天线的精确宽度，之后可以根据计算得到的衰减常数可以预估出漏波天线的长度。在电磁模拟软件HFSS中建模，进行电磁场论分析。为了验证所提出设计过程的准确性，基于0.13μm1P8M CMOS工艺，制作了以上两种天线结构，并且介绍了太赫兹频段漏波天线测量的实验平台。数值分析，HFSS模拟，实际测量三种方法的天线波束角度的结果拟合良好，验证了基于全波分析的广义散射矩阵法的正确性。
　　和其他工作于毫米波频段的单晶天线相比，本文介绍的漏波天线具有良好的天线增益，在400 GHz时，接地板有内孔的合成传输线漏波天线的增益有1.3 dBi,从390 GHz到405 GHz可以实现30°到45°的连续波束扫描特性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3本课题创新点和结构安排

第2章 合成传输线的数值计算分析

2.1基于全波分析的广义散射矩阵分析

2.2合成传输线模型的建立

2.3数值分析结果的验证

第3章 合成传输线的泄漏特性验证

3.1太赫兹测试平台

3.2测试晶片

3.3 Marchand巴伦的设计

3.4去嵌入式方法

3.5测试结果分析

第4章 基于合成传输线的天线设计

4.1单晶漏波天线理论的介绍

4.2均匀接地板合成传输线漏波天线设计

4.3合成传输线漏波天线的设计

第5章 总结与展望

5.1 本文的主要工作

5.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢