基于CMOS工艺的宽带平面天线文献综述

文献综述（或调研报告）：

关于平面宽带天线：超宽带技术（UWB，Ultra Wide Band）技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽[1]，由于该对脉冲信号直接调制的特点，该技术又可称为脉冲无线电调制。因为其对冲击脉冲直接进行变化的特点，一些很棒的特性呈现出来，比如说带宽极宽(根据我们在信号与系统课上的学习，最直观的就是时域很短的脉冲在频域上展宽出来很大，其频带是GHz数量级甚至能达到THz数量级) 抗多径衰落强、速率高、功耗低、截获率低、保密性好、链路预算低等优点[2]。由于这些优点，超宽带（UWB）在早期被用来应用在近距离高速数据传输，近年来国外开始利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位，美国从2002年4月开始就允许了超宽带技术进入民用范围，并分配了3.1-10.6GHz频段给了超宽带系统。

目前对于该超宽带天线的研究类型有对数周期天线、阿基米德螺旋天线、等角螺旋天线、双锥天线、ＴＥＭ 喇叭天线、反射面天线、微带天线等、还有蝶形天线等。[3][4][5]

其中，单极子微带天线因为其具有体积小、重量轻、易集成、成本低、良好的全向辐射特性、稳定的增益、较小的群延时等优点而迅速成为研究热点。但是这些天线的频段基本都集中在10-20GHz的低频段，我的目的是通过阅读论文充分了解平面天线的设计过程之后运用自己的理解在现有的超宽带平面天线设计的基础上拔高其工作频段，同时增大其可运作带宽

关于THz天线：

太赫兹波是由0.1-10太赫兹频段带宽的电磁场波组成，由于他有非常高的频率的特点，这类波经常被用于很多领域用于很广泛的用途，比如说生物和医疗[6]，当然还有通信领域。拥有如此高频率的特性的波不仅能够在相同的时间段内携带更多的信息，同时它的穿透力高的特点也让他能够在医疗领域大显身手[7](尤其是需要穿透身体拍摄直达病灶的时候)。在这些特殊的领域中我们经常需求到一些具有很高增益和很好的辐射特性的一系列天线。但是通过传统方式设计出来的太赫兹天性经常拥有着一系列的缺点，比如说高损耗，难集成和低增益等缺点。

目前有几种天线包括传导结构在太赫兹领域做的很好，比如说喇叭天线，该种天线因为有一个矩形上宽下窄的喇叭口状的辐射腔而闻名，和别的天线相比喇叭天线有着很多不错的特点比如说指向性强的喇叭口导致了其辐射方向性好，又比如说其增益相比于其他天线能做的比较高，同时体积又不是很大，非常适合与其他毫米波传输结构结成，也很适合在几层金属构成的板子芯片上单独挖出一层来进行制造，而且更好的是目前世界上对于喇叭天线的研究和加工工艺也已经非常轻车熟路，通过MEMS技术[8](微机电系统Micro-Electro-Mechanical System)中化学蚀刻等一系列办法业界目前已经能够将喇叭天线的加工做到1.1太赫兹以上的频段，而其相关的设计包括应用也已经层出不穷，在国内对其的应用也很多，比如说北京科技大学已经将其应用在了多个方面[9]

还有其他的比如说微带天线可以做到几百GHz频段。微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。

还有一种结构叫做基片集成波导(SIW substrate integrated waveguide)，其也能做到百GHz频段[10]，而这也是新兴的一种新的微波传输线形式，其利用金属过孔在介质基片上实现波导的场传播模式。这对于以前的传输线形式无疑是一种创新，利用在金属板的两端对称地打上圆柱形金属孔，以此规律的排天线列当做波导的两个内壁，对波形进行有效地传输，这样创新的结果一定程度上节省了很大一部分的空间但是对于生产方面也挑战了工厂的加工技术。

通过将该课题分成两个部分超宽带和太赫兹的研究，让我非常好地确定了本篇文章的走向，由于在太赫兹频段微带天线是可以做的，同时超宽带平面天线也多以微带天线作为基础在其上进行一定的改造，所以我的打算是借鉴太赫兹频段天线设计的经验配以在微带天线上进行一定程度的创新以达到能够工作在太赫兹频段(100GHz)左右同时还具有非常高的带宽的平面天线。