這種天線主要基于兩個技術(shù):空波導傳輸?shù)臅r候介質(zhì)帶來的損耗很小,所以可以用空波導來進行饋源傳輸。但這存在幾個問題,因為是空氣波導,尺寸非常大,而且無法和其它電路集成,所以比較適合高功率、大體積的應用場景;另一個是微帶線技術(shù),它可以大規(guī)模生產(chǎn),但它本身作為傳輸介質(zhì)的損耗很大,而且很難構(gòu)成大規(guī)模天線陣列。
基于這兩個技術(shù)就可以產(chǎn)生襯底集成的波導技術(shù)。這一技術(shù)最早由日本工業(yè)界提出來,他們在1998年發(fā)表了第一篇關(guān)于介質(zhì)集成的波導結(jié)構(gòu)論文,提到了在很薄的介質(zhì)襯底上實現(xiàn)波導,用小柱子擋住電磁波,避免沿著兩邊擴。這不難理解,當兩個小柱子的間距小魚四分之一波長的時候,能量就不會泄露出去,這就可以形成高效率、高增益、低輪廓、低成本、易集成、低損耗的天線。
上圖右下方是利用這一技術(shù)在LTCC上做出來的60GHz的天線,增益達到了25dB,尺寸8×8單元。
這一方案是適合于毫米波在基站上的應用,在移動終端上有另外一種方案。
第二個解決方案是把天線設計在封裝(package integrated antenna,即PIA)。
因為天線在芯片上最大的問題就是損耗太大,而且芯片本身的尺寸很小,把天線設計進去會增加成本,所以在工程上幾乎無法得到大規(guī)模應用。如果用封裝(尺寸比芯片大)作為載體來設計天線,不僅能設計出單個天線,還能設計天線陣列,這就避免了硅上直接做天線在體積、損耗和成本上的限制。
實際上,天線不僅可以在封裝內(nèi)部,還可設計在封裝的頂部、底部以及周圍。
另外有一點需要注意的問題是,能否用PCB板做天線?答案是肯定的。
關(guān)鍵的瓶頸并不是材料自身,而是材料帶來的設計問題和加工上的問題。不過PCB只適合在60GHz以下的頻段,在60GHz以后推薦用LTCC,但到200GHz后,LTCC也存在瓶頸。
總結(jié)
未來天線必須要和系統(tǒng)一起設計而不是單獨設計,甚至可以說天線將會成為5G的一個瓶頸,如果不突破這一瓶頸,系統(tǒng)上的信號處理都無法實現(xiàn),所以天線已經(jīng)成為5G移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。天線不只是一個輻射器,它有濾波特性、放大作用、抑制干擾信號,它不需要能量來實現(xiàn)增益,因此天線不僅僅是一個器件。