本发明涉及人工磁导体，特别涉及一种加载螺旋交织型人工磁导体结构的e波段片上天线。
背景技术：
随着各种无线设备的广泛使用，现有频谱资源越来越紧缺，数据传输变得非常的拥挤，迫切需要更高频段、更大带宽来满足高速互连传输需求。近年来毫米波系统由于具有更大的带宽、更高的传输速率得到广泛的关注，其中e波段毫米波有多个频段得到了开发利用，包括76-77ghz用于毫米波汽车防撞雷达，71-76ghz、81-86ghz用于点对点高速无线通信，在毫米波频段，天线的尺寸进一步减小，因此在芯片上设计相应天线成为可能。
由于cmos工艺低成本和便于大规模生产的优点，基于cmos工艺的e波段片上天线逐渐成为短距离无线通信的研究热点，但cmos工艺以硅为衬底，硅的低电阻率（10ω.cm）和低电子迁移率特性很大程度上损耗了天线的电磁能量，导致天线的增益和辐射效率较低，无法满足短距离无线通信的技术指标要求。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种提高天线辐射效率与增益的加载螺旋交织型人工磁导体的e波段片上天线。
为实现上述目的，本发明的技术方案是包括由上到下的钝化层、二氧化硅层、硅衬底层，所述二氧化硅层中包含九层金属层，从上到下依次为m9到m1金属层，该e波段片上天线选用八木-宇田天线，八木-宇田天线的主单元位于m9金属层，加载的螺旋交织型人工磁导体位于m1金属层，螺旋交织型人工磁导体由呈周期阵列方式分布的多个螺旋交织型人工磁导体单元组成。
进一步设置是所述的八木-宇田天线的主单元包括位于m9金属层的激励器、两条引向器，该八木-宇田天线还包括位于m1金属层的反射器。
进一步设置是螺旋交织型人工磁导体单元由四个尺寸相同的平面螺旋线构成，相邻的所述平面螺旋线之间通过依次旋转90°得到，呈中心对称分布。
进一步设置是所述的螺旋交织型人工磁导体由螺旋交织型人工磁导体单元以3×10个单元阵列方式布置，位于天线激励器的正下方。
本发明还提供一种螺旋交织型人工磁导体，螺旋交织型人工磁导体由呈周期阵列方式分布的多个螺旋交织型人工磁导体单元组成，螺旋交织型人工磁导体单元由四个尺寸相同的平面螺旋线构成，相邻的所述平面螺旋线之间通过依次旋转90°得到，呈中心对称分布。
本发明的有益效果：
（1）本发明提出的一种螺旋交织型人工磁导体结构，该结构能够与cmos工艺兼容，在片上天线与硅衬底间起到电磁隔离的作用，并在特定频段内具有抑制表面波的特性，进而提高片上天线辐射效率与增益；
（2）e波段片上天线选用的八木-宇田天线，具有高指向辐射场型的特性，适合于设计cmos片上集成天线，可有效提高天线的功率增益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1是本发明实施例cmos工艺的横截面图；
图2是本发明实施例基于人工磁导体的e波段片上天线的俯视图；
图3是本发明实施例螺旋交织型人工磁导体单元的结构图；
图4是本发明实施例螺旋交织型人工磁导体的反射相频特性曲线；
图5是本发明实施例螺旋交织型人工磁导体的反射幅频特性曲线；
图6是本发明实施例加载与未加载人工磁导体的天线s11参数比较图；
图7是本发明实施例加载与未加载人工磁导体的天线增益比较图；
图8是本发明实施例加载与未加载人工磁导体的天线辐射效率比较图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
本发明实施例中，如图1所示，本实施例的片上天线，由上至下分别为九层金属结构，图1中1对应金属层九（m9金属层），2对应金属层八（m8金属层），3对应金属层七（m7金属层），4对应金属层六（m6金属层），5对应金属层五（m5金属层），6对应金属层四（m4金属层），7对应金属层三（m3金属层），8对应金属层二（m2金属层），9对应金属层一（m1金属层）；金属层九为顶层金属层；图1中的a对应钝化层，b对应二氧化硅层，c对应硅衬底层；各金属层厚度依据不同的cmos工艺而不同；本发明专利不应该局限于该实施例和附图所示的金属层的层数、各层金属层厚度。
如图2所示，本实施例的基于人工磁导体的e波段片上天线的俯视图，11、13分别为由顶层金属构成的八木-宇田天线的引向器、激励器（有源振子），该天线的反射器12位于底层金属层，人工磁导体10由底层金属构成，呈3×10分布于天线的正下方。所述的八木-宇田天线的激励器由两个单臂构成，为满足e波段需求每个所述单臂长度为320微米。
如图3所示，本发明所揭示的螺旋交织型人工磁导体单元10，包括四个螺旋弯曲、大小相等呈中心对称的低剖面螺旋金属条。本发明所揭示的人工磁导体单元的螺旋金属条是由101、102、103横向金属条与104、105、106纵向金属条连接而成，金属条的宽度统一设置为8微米。四个螺旋金属条相邻之间通过旋转90度得到，并且在中心点连接在一起，螺旋交织型人工磁导体结构单元长度为98微米。
利用电磁场仿真软件，对本发明的螺旋交织型人工磁导体结构单元进行了仿真。图4显示本发明实施例的螺旋交织型人工磁导体结构的反射相频特性曲线，其中相位参考平面选择在顶层金属上；由图4可以看出，反射相位-90度至90度范围内覆盖整个e波段，反射相位为零对应的频率为81ghz。由此可知该结构的人工磁导体可以用于e波段毫米波片上天线设计。
如图6所示，所述的基于人工磁导体的e波段片上天线s11参数对比图，方块连线图表示的已加载人工磁导体，而圆形连线图代表未加载人工磁导体。由于天线与人工磁导体之间存在电磁耦合，整体频带会向低频偏移，但是在71-76ghz、76-77ghz、81-86ghz频段的天线s11参数均小于-10db。
如图7所示，所述的基于人工磁导体的e波段片上天线增益对比图，相比未加载人工磁导体的情况，该实施例在70ghz的增益提高了3.1db。
如图8所示，所述的基于人工磁导体的e波段片上天线辐射效率对比图，相比未加载人工磁导体的情况，该实施例在76ghz的辐射效率从13.2%提高到23.7%。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。