马名生

天线（antenna）是一种用来发射或接收无线电波的无源器件，在无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统中，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。作为电子元器件家族的重要成员，天线与人们的日常生活密切相关，天线性能的好坏直接影响到人们的生活质量，如果没有天线，人们将不能实现随时随地无障碍的沟通，而对天线尺寸的要求主要来自移动通信的应用。作为终端的基本组成部分，天线势必向多频、多模、宽带和小型化方向发展。从物理学上讲，天线是一个或多个导体的组合，它可以使施加在其上的交变电压和相关联交变电流产生辐射的电磁场，也可以将它放置在电磁场中，由于场的感应而在天线内部产生交变电流并在其终端产生交变电压，并用此种方式来传递信息。目前移动终端使用频率大多介于800 MHz～2.5 GHz之间，波长相当于120～350mm左右，而天线尺寸与电磁波波长密切相关，是电磁信号的四分之一波长。要实现天线的微型化首先要找到合适的材料，通常会使用高介电常数的介质材料来减小器件尺寸，但这样却容易在介质表面激励起表面波，影响天线的带宽和方向图等性能。作为较为成熟的电子封装技术，将材料与器件设计结合在一起的低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC）技术巧妙地解决了这个问题。

图1 无线通信系统离不开各种不同的天线

LTCC技术是上世纪80年代初兴起的一种令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术，它在推动电子元器件体积和功能上的变化中都起到了巨大的作用，正是实现未来电子终端设备微型化与智能化的有力手段。这项技术最先由美国的休斯公司于1982年研制成功，其具体的工艺流程就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件（如电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）埋入其中，然后叠压在一起，在900℃烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。LTCC技术的一大优势就是能够有效地集成各种无源器件，减小各无源器件的体积并减少各器件间的接口，实现器件小型化、集成化。LTCC技术为天线小型化提供了技术支撑，采用LTCC技术制成的天线具有高集成度、体积小、重量轻、成本低、使用领域广泛等优点，在未来的电子元器件市场将占有越来越大的份额。

图2 LTCC的工艺流程

LTCC技术应用在天线设计上，最初主要应用了LTCC材料高热传导率、高频高Q和低介质损耗等特点，而随着LTCC工艺的日趋成熟，充分发挥其技术优势不但能够实现天线尺寸的微型化，还能实现天线的智能化。这需要叠层和过孔互联技术，使得天线结构从二维转变到三维结构，这样也在一定程度上减小了天线尺寸。天线小型化的方法有很多种，比较适用于LTCC工艺的主要有：使用曲折线结构，使用高介电常数的衬底材料，设计多层天线结构，使用短路探针等。若能很好地利用TLCC工艺的多层特点，可以在天线体积的缩小上取得更好的效果。采用LTCC工艺技术制作的微型天线，不仅可以使用相对介电常数较高、介质损耗较低的各种陶瓷材料作为基片，而且能够充分利用LTCC技术多层结构的优势，使天线的结构立体化，能够确保尺寸减小的同时，增益、带宽等性能指标仍可以满足应用需求。此外，将金属导体内埋至介质内部，能够有效的避免金属层在实际使用受到磨损，提高天线的稳定性与可靠性。国外的公司如村田（日本）、太阳诱电（日本）、RN2（韩国），以及国内的南坡电子等均已在过去几年中推出了各种小型化的LTCC微型天线产品。总之，LTCC技术为天线的小型化带来了新的技术途径，也必将在推动相关电子元器件微型化和智能化的方向上做出重要贡献。

图3 基于LTCC 技术的微型天线