摘要：选用规范0．18μm CMOS工艺规划制作了一种带EBG(电磁带隙)结构的小型化片上天线。该片上天线由一根长1．6 nm的偶极子天线以及1对1维的尺度为240μm×340μm EBG结构构成。分别对该EBG结构以及片上天线的S11及S21进行了仿真和测验，成果标明该片上天线作业在20CHz，具有小型化的功用，一起具有三次谐波按捺的功用。
关键词：片上天线；CMOS；EBG
最近几年，一些研制人员连续提出了无线互连、WCAN(无线片上局域网)等概念。其宗旨思维是使用无线通信的形式，经过自由空间有用的收发射频或微波信号来完成芯片上或芯片间的信号传输，以到达无线互连的意图，然后替代原有的金属互连线。该办法在必定程度上处理了现有金属互连线的极限问题，一起有利于SOC(片上体系)的进一步完善。
本文提出了一种新的带EBG谐波按捺的小型化片上天线。EBC结构的加载不只减小天线的尺度，一起按捺了天线的三次谐波。
1 天线的规划和仿真
本文规划的带EBG结构的小型化片上天线选用TSMC 0．18μm的工艺仿真和制作。图1为该工艺的剖面图。第六层金属(M6)用于制备本规划的天线层。该工艺硅衬底的电阻率为20 Ω·cm。
1．1 小型化EBG结构
图2为本规划选用的一维EBG的结构图和等效电路图。从图2 (b)能够看出，该EBG能够看做一个等效电感和等效边际电容的并联。因为该EBC结构是直接放存金属地面上的，因而需求经过一对串联的电感电容与地相连，串联电容的巨细与CMOS工艺中各介质层的厚度及介电常数相关。当该EBG的作业频率在该等效电路的并联谐振频率点邻近时，就产生了带阻特性。
图3为仿真的该EBG结构的S21特性，从图中能够看出，在60 GHz邻近，该EBC结构的S21能够到达-26dB，具有带阻特性。
1．2 带EBG结构的片上天线
咱们将图2中的EBG结构应用到片上天线的规划中，如图4所示。该EBG结构加载到一根片上偶极子天线的输入端。该一种小型化具谐波按捺功用的偶极子天线的长度为1.6mm。
图5为本规划的片上天线对的仿真布局图及仿真所得的S参数。一对带EBG结构的片上偶极子天线相距3 mm的间隔相对放置在地面上。仿真所得的该天线的谐振频率为20 CHz。一般，在硅衬底(εr=11．9)上，作业在20 GHz的一般片上半波偶极子天线长度大约为4 mm，而本次规划的天线长度仅为1．6 mm，极大的缩短了天线的尺度。
一起，该带EBC结构的小型化片上天线在三次谐波邻近(60 GHz)，其S21为-63 dB，其三次谐波被极大的按捺。
2 天线的制作及测验
图6为本规划的芯片图，一对间隔为100μm的焊盘与天线的输入端口衔接，用于天线的S参数测验。图7为该天线的测验环境。一对片上天线面对面的放置在探针台上，间隔为d。该测验选用两对间隔为100μm的GS探针与网络分析仪的两个端口相衔接，一测验其S参数特性。
图8为本次规划天线测验所得的S11，从图中能够看出，该天线作业的中心频点为17 GHz，与图5所示有所误差，一起-10 dB的阻抗带宽也较图5所示有极大的进步。这是因为CMOS工艺的工艺容差形成的，特别是硅衬底的电阻率，当其电阻率从下降到，规划所得的天线的作业频点将下降，一起带宽将会有很大进步，这主要是因为硅衬底电阻率下降带来更大的衬底损耗以及衬底等效电阻%&&&&&%的改变。
图9为在不同间隔d的条件下测验所得的S21，从图中能够看出，跟着间隔的添加，其S21下降。一起，在天线的作业频点邻近，其S21呈现了一个谷底，这是因为EBG结构的存在，下降了天线的辐射效率。
3 结束语
本文选用TSMC 0．18μm规划制作了一种带EBG结构的小型化片上天线。一种一维的EBG结构加载到了一根1．6 mm长的片上偶极子天线，该结构具有调理天线谐振频率以及谐波按捺功用。仿真成果标明，本规划的天线在60 GHz具有三次谐波按捺的功用。而测验成果与仿真成果共同标明，EBG结构对天线的加载极大的缩短了天线的尺度。该片上天线可用于无线互连或许WCAN体系中。
