본 논문에서는 CMOS 공정을 사용한 밀리미터파 대역 온-칩 다이폴 안테나의 최적화된 설계를 제안한다. CMOS 공정을 사용한 안테나에서 가장 큰 단점은 기판의 높은 유전율과 손실로 인하여 공기 중 방사 효율이 낮다는 것이다. 이를 극복하기 위한 방법으로 공기 중의 방사 영역 증가와 안테나와 반사체의 거리 최적화가 필요하다. 80 GHz에서 16.5 %의 효율과 22.3 %의 대역폭을 가지는 다이폴 안테나의 최종 설계에서 공기 중 방사 영역을 넓히기 위한 방법으로 기판 각도, 칩 가장자리-다이폴 사이 거리를 변화시켰으며, 안테나와 반사체 사이의 거리를 최적화하기 위한 방법으로 기판 두께와 안테나-접지면 사이 거리를 조절하며, 설계 환경이 안테나의 효율에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다.
This paper presents an optimized design of a millimeter-wave on-chip dipole antenna using CMOS process. The serious flaw of the antenna using CMOS process is low radiation efficiency because of high permittivity and conductivity. To overcome the weakness, we need to widen radiation area in air and optimize distance between an antenna and a reflector. The radiation efficiency and bandwidth of the designed antenna are respectively 16.5 % and 22.3 % at 80 GHz. Systematic methods are attempt to analyze an effect on the antenna radiation efficiency. To widen radiation area in air, substrate cut angle and distance between the antenna and chip edge are adjusted. In addition, to optimize distance between an antenna and reflector, substrate thickness and distance between the antenna and a circuit ground plane are adjusted.
