mile米乐集团 开发毫米波频段传输特性优异的高频传输线

米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部[研究部主任 Yasuhiro Nakamura] 高频标准研究小组与首席研究员 Masahiro Horibe柔性电子研究中心[研究中心主任 Toshihide Kamata] 打印设备团队研究组组长吉田学 (Manabu Yoshida) 使用打印技术突破 100 GHz毫米波腰带优秀传输特性显示高频传输线（共面波导) 被开发出来。

　采用高导电率的纳米银粒子油墨通过印刷技术制备了高导电率和良好尺寸精度的共面波导。该波导在超过 100 GHz 的高频段都表现出低损耗特性，特别是在 60 GHz 以上的频率下，传输损耗约为传统共面波导的一半。此外，由于重复使用导致特性劣化较少，毫米波波段设备的电气性能标准传输线'' 可以使用。此外，通过利用可一次形成多个图案的丝网印刷技术，与涉及形成导电膜、曝光和蚀刻的传统制造方法（制造时间：约1小时）相比，我们实现了更短的制造时间和更低的成本。¹，与传统产品相比不到1/20。制作成本：约6000日元¹，小于常规比例的1/10）。

　该技术的详细信息将在法国举行欧洲微波周将于 2015 年 9 月 9 日在 2015 年 (EuMW2015) 上公布。

使用印刷技术制造的共面波导 能够发射超过100 GHz的毫米波频段电磁波

¹根据生产所需耗材成本、人工成本、公用设施成本等估算。一块板上制作30至40条标准传输线，每块板的成本

毫米波在无线电波中具有30GHz或更高的频率，其优点是能够以高分辨率测量距离并高速传输大量数据。迄今为止，使用毫米波段的器件（毫米波段器件）价格昂贵，这阻碍了其广泛使用，但近年来，廉价的硅器件已经能够在毫米波段工作。汽车防撞雷达、近场通信技术、第五代 (5G) 手机等毫米波频段器件正在进步。与此同时，用于毫米波波段器件性能评估的“标准传输线”变得很重要。标准传输线要求即使在长期使用后也具有稳定的特性。然而，由于测量是通过将高频探头与标准传输线接触来进行的，因此接触点的状态会随着重复使用而发生变化，导致传输特性发生变化。反射属性恶化。因此，为了对毫米波段器件进行高精度的性能评估，需要昂贵的标准传输线（数万日元至数十万日元）。²)，经常³，并且需要一种廉价且很少因重复使用而造成性能劣化的标准传输线。

²一块板上制作30到40条标准传输线，以及每块板的成本
³　标准线约10倍，板约300～400倍。然而，它根据使用条件而变化。

　AIST正在研究开发毫米波波段器件的性能评估技术。为了在毫米波频段进行高精度的性能评估，需要具有优异损耗和反射特性的标准传输线。此外，为了持续进行高精度的器件性能评估，需要降低标准传输线的成本并使其易于更换。

　AIST还进行旨在实现印刷电子的研究和开发，并致力于开发和完善适合使用印刷方法形成电子设备的印刷工艺。因此，我们决定进行研发，利用印刷技术以低成本制造高性能高频传输线。

　共面波导的传输和反射特性分别由波导导体的电导率和波导尺寸精度决定，因此需要具有高电导率和高尺寸精度的制造技术来制造高性能共面波导。此次，我们设计了毫米波频段的共面波导，可传输高达110 GHz的信号，并采用高导电银纳米粒子墨水和高清丝网印刷技术在氧化铝基板上制作了共面波导（信号线宽度50 µm，信号线与地线之间的距离25 µm）。

　我们评估了采用新开发的印刷方法生产的共面波导和传统共面波导的高达 110 GHz 信号的传输和反射特性（图 1a 和 1b）。对于传输特性，该值越接近0，损耗越低，性能越高，但采用印刷方法制作的传输线的传输特性等于或优于传统传输线。在60 GHz及以上的高频范围内，损耗低于传统共面波导，特别是在100 GHz以上的频率下，损耗大约低一半。就反射特性而言，负数越大，信号反射越少，性能越好。新开发的波导在反射特性方面也表现出与传统波导几乎相同的性能。这些评估结果表明，可以使用印刷技术制造具有等于或高于传统技术的导电率和尺寸精度的传输线。

(a)

(b)

图1 共面波导高频电特性评估结果 (a)透射特性，(b)反射特性

　此外，为了使用高频传输线作为标准传输线，要求即使当与高频探针重复接触时也能够稳定地维持特性。当我们用高频探针接触新开发的共面波导10次并测量传输特性的相位变化时（图2a和2b），我们发现通过印刷方法制造的共面波导的相位变化约为传统共面波导的三分之一，这表明稳定性有所提高。推测这是由于反复接触导致导体金属表面的变形较小。

　从这些评估和测量结果来看，新开发的共面波导在传输特性和稳定性方面优于传统的共面波导，可以用作“标准传输线”。此外，由于其制造成本低廉，因此作为毫米波段器件性能评估的“标准传输线”非常有前景。

(a)

(b)

图2 共面波导特性针对高频探头反复接触的稳定性评估结果 传输线相位测量结果的再现性（通过第一个测量值归一化）（a）打印技术，（b）传统技术

　我们计划利用新开发的共面波导来评估各种毫米波段器件的性能，并展示其作为“标准传输线”的实用性。

◆毫米波

频率在 30 GHz 到 300 GHz 之间的电磁波。主要应用于汽车防撞、短距离无线通信等毫米波雷达。[返回参考源]

◆传输特性

表示为输入到布线、设备或电路的信号的信息（强度和相位）与从输出端输出的信号的信息（强度和相位）之间的比率。一般情况下，如果被测物体不具备信号放大功能，输出信号的强度会低于输入信号，从而产生损耗（见图1）。[返回来源]

◆高频传输线

传输电磁波的传输线（布线），包括电视天线电缆等同轴结构、通过水管等管道传输的波导结构以及信号线和接地线（或接地面）布置在平坦基板上的平面电路。平面电路包括其中信号线和接地线布置在同一平面上的共面波导、以及其中信号线布置在基板的前表面上并且接地平面布置在背面上的微带波导。[返回来源]

◆共面波导

一种传播电磁波的传输线，其结构是在由陶瓷或树脂等介电材料制成的板状基板的表面上使用导电薄膜，将信号线和接地线放置在信号线的两侧。它是一种线形，主要用于校准高频探头的特性。[返回来源]

◆毫米波波段器件

在毫米波频段运行和运行的设备。它们可分为分配、切换和限制信号传输方向的无源器件和产生、接收和放大电磁信号的有源器件。它已被用于无线设备、广播设备和测量仪器，但近年来它也被用于日常生活中熟悉的设备，例如汽车防撞雷达。[返回来源]

◆标准传输线

传输路径（布线），为测量传输和反射特性提供参考值，以评估毫米波频段器件的电气性能。标准测量值是由标准传输线的长度和导体的电导率决定的传输特性（幅度和相位），以及由布线尺寸决定的反射特性（理想值是负无限分贝（dB））。在实际制造的标准传输线中，由于布线的加工精度，会出现与理想尺寸和形状的偏差，导致布线内部的信号反射。此外，重复使用会改变与高频探头的接触部分的状态，从而使传输和反射特性恶化并降低测量精度。[返回来源]

◆汽车防撞雷达

雷达，可检测汽车周围的人和障碍物以及汽车之间的距离。检测结果用于辅助制动、调整速度并警告驾驶员。主要使用摄像头、红外线、毫米波。特别是，使用毫米波的汽车防撞雷达具有检测范围广、受天气影响较小的优点，但到目前为止，降低成本一直是一个问题。[返回来源]

◆近场无线通信技术

一种实现短距离通信的技术，用于非接触式IC卡和具有火车和公共汽车乘车卡以及电子货币功能等功能的智能手机。它还用于耳机和智能手机之间的通信。蓝牙®或60 GHz频段的无线电波，这是一种超高速短距离无线传输方式WiGig^TM（无线千兆，Wigig）也可以归类为短距离无线。[返回来源]

◆第五代（5G）手机

下一代手机标准，目标于2020年实现商业化。通信速度目标为10Gbps以上（比目前主流的第4代快10倍），日本正在研发中，目标是在2020年东京奥运会之前投入实际使用。此外，目前正在进行利用高达 70 GHz 无线电波的实验。[返回来源]

◆反射特性

它表示为输入到布线、设备或电路的信号的信息（强度和相位）与返回到输入端子的信号的信息（强度和相位）之间的比率（参见说明图1）。[返回来源]

(说明图1)透射特性和反射特性