CN106602270A - SPiN二极管可重构等离子套筒偶极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SPiN二极管可重构等离子套筒偶极子天线。该天线包括半导体基片1、SPiN二极管天线臂2、第一、第二SPiN二极管套筒3、4、同轴馈线5、直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19，其中，SPiN二极管天线臂2包括串行连接的SPiN二极管串w1、w2、w3，第一SPiN二极管套筒3、第二SPiN二极管套筒4分别包括串行连接的SPiN二极管串w4、w5、w6及SPiN二极管串w7、w8、w9，每个SPiN二极管串通过对应的直流偏置线连接至直流偏置。通过金属直流偏置线控制SPiN二极管导通时形成的等离子天线臂及套筒长度实现天线工作频率的可重构。本发明的天线具有易集成、可隐身、频率可快速跳变的特点。

Description

SPiN二极管可重构等离子套筒偶极子天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种SPiN二极管可重构等离子套筒偶极子天线。
背景技术
随着科学技术的进一步发展，无线通信技术在人们的生活中发挥着越来约重要的作用。新一代无线通信系统的发展趋势包括实现高速数据传输，实现多个无线系统之间的互联，实现有限的频谱资源的有效利用，获得对周围环境的自适应能力等。为突破传统天线固定不变的工作性能难以满足多样的系统需求和复杂多变的应用环境，可重构天线的概念得到重视并获得发展。可重构微带天线因其体积小，剖面低等优点成为可重构天线研究的热点。但可重构天线的设计需考虑天线各部分间的互耦，天线设计存在较大难度。
因此，如何设计出结构简单，易于实现的频率可重构天线，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种SPiN二极管可重构等离子套筒偶极子天线。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的实施例提供了一种SPiN二极管可重构等离子套筒偶极子天线，包括：
半导体基片1、SPiN二极管天线臂2、第一SPiN二极管套筒3、第二SPiN二极管套筒4、同轴馈线5、直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19；
所述SPiN二极管天线臂2、所述第一SPiN二极管套筒3、所述第二SPiN二极管套筒4及所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19均制作于所述半导体基片1上；所述SPiN二极管天线臂2与所述第一SPiN二极管套筒3及所述第二SPiN二极管套筒4通过所述同轴馈线5连接，所述同轴馈线5的内芯线7连接所述SPiN二极管天线臂2且所述同轴馈线5的外导体8连接所述第一SPiN二极管套筒3及所述第二SPiN二极管套筒4；
其中，所述SPiN二极管天线臂2包括串行连接的SPiN二极管串w1、w2、w3，所述第一SPiN二极管套筒3包括串行连接的SPiN二极管串w4、w5、w6，所述第二SPiN二极管套筒4包括串行连接的SPiN二极管串w7、w8、w9，每个所述SPiN二极管串w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9通过对应的所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19连接至直流偏置。
在本发明的一个实施例中，所述半导体基片为Si基SOI半导体片。
在本发明的一个实施例中，SPiN二极管天线臂和SPiN二极管套筒均包括N段SPiN二极管串，N的取值范围为N≥2。
在本发明的一个实施例中，所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19采用CVD工艺制作于所述半导体基片1上。
在本发明的一个实施例中，所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19由铜、铝或者高掺杂的多晶硅制备形成。
在本发明的一个实施例中，所述SPiN二极管串w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9包括SPiN二极管，所述SPiN二极管包括P+区27、N+区26、本征区22、P+接触区23及N+接触区24；所述P+接触区23分别连接所述P+区27与直流电源的正极，所述N+接触区24分别连接所述N+区26与直流电源的负极。
在本发明的一个实施例中，所述P+区27及所述N+区26的掺杂浓度为0.5×1020～5×1020cm-3。
在本发明的一个实施例中，所述SPiN二极管天线臂2和所述第一SPiN二极管套筒3及所述第二SPiN二极管套筒4均包括串行连接的3个所述SPiN二极管串。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的SPiN二极管可重构等离子套筒偶极子天线,体积小、剖面低，结构简单、易于加工、无复杂馈源结构、频率可快速跳变，且天线关闭时将处于电磁波隐身状态，可用于各种跳频电台或设备；由于其所有组成部分均在半导体基片一侧，为平面结构，易于组阵，可用作相控阵天线的基本组成单元。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种SPiN二极管可重构套筒偶极子天线的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种SPiN二极管的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种SPiN二极管串的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种SPiN二极管可重构套筒偶极子天线的结构示意图。该SPiN二极管可重构套筒偶极子天线包括：
半导体基片1、SPiN二极管天线臂2、第一SPiN二极管套筒3、第二SPiN二极管套筒4、同轴馈线5、直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19；
所述SPiN二极管天线臂2、所述第一SPiN二极管套筒3、所述第二SPiN二极管套筒4及所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19均制作于所述半导体基片1上；所述SPiN二极管天线臂2与所述第一SPiN二极管套筒3及所述第二SPiN二极管套筒4通过所述同轴馈线5连接，所述同轴馈线5的内芯线7连接所述SPiN二极管天线臂2且所述同轴馈线5的外导体8连接所述第一SPiN二极管套筒3及所述第二SPiN二极管套筒4；
其中，所述SPiN二极管天线臂2包括串行连接的SPiN二极管w1、w2、w3，所述第一SPiN二极管套筒3包括串行连接的SPiN二极管w4、w5、w6，所述第二SPiN二极管套筒4包括串行连接的SPiN二极管w7、w8、w9，每个所述SPiN二极管串w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9通过对应的所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19连接至直流偏置。
其中，所述半导体基片为Si基SOI半导体片。
其中，SPiN二极管天线臂和SPiN二极管套筒均包括N段SPiN二极管串，N的取值范围为N≥2。
其中，所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19采用CVD工艺制作于所述半导体基片1上。
其中，所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19由铜、铝或者高掺杂的多晶硅制备形成。
其中，所述SPiN二极管串包括SPiN二极管，所述SPiN二极管串w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9包括SPiN二极管，所述SPiN二极管包括P+区27、N+区26、本征区22、P+接触区23及N+接触区24；所述P+接触区23分别连接所述P+区27与直流电源的正极，所述N+接触区24分别连接所述N+区26与直流电源的负极。
其中，所述P+区27及所述N+区26的掺杂浓度为0.5×1020～5×1020cm-3。
其中，所述SPiN二极管天线臂2和所述第一SPiN二极管套筒3及所述第二SPiN二极管套筒4均包括串行连接的3个所述SPiN二极管串。
本实施例，通过金属直流偏置线控制SPiN二极管导通时形成的等离子天线臂及套筒长度实现天线工作频率的可重构，本发明的天线具有易集成、可隐身、频率可快速跳变的特点。
实施例二
请一并参见图1及图2，图2是本发明实施例提供的一种SPiN二极管的结构示意图。本实施例将在上述实施例的基础上，对本发明的技术方案进行详细描述。具体地，该SPiN二极管可重构套筒偶极子天线结构包括：
半导体基片1、SPiN二极管天线臂2、第一SPiN二极管套筒3、第二SPiN二极管套筒4、同轴馈线5、直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19；
其中，所述SPiN二极管天线臂2包括三段SPiN二极管串w1、w2、w3。所述第一SPiN二极管套筒3和所述第二SPiN二极管套筒4分别包括三段SPiN二极管串，其中，所述第一SPiN二极管套筒3包括三段SPiN二极管串w4、w5、w6，所述第二SPiN二极管套筒4包括三段SPiN二极管串w7、w8、w9。且所述SPiN二极管串w1和所述SPiN二极管串w6、所述SPiN二极管串w9的长度相等，所述SPiN二极管串w2和所述SPiN二极管串w5、所述SPiN二极管串w8的长度相等，所述SPiN二极管串w3和所述SPiN二极管串w4、所述SPiN二极管串w7的长度相等。每一个SPiN二极管串亦有直流偏置线外接电压正极。
如图1所示，所述SPiN二极管天线臂2、所述第一SPiN二极管套筒3和所述第二SPiN二极管套筒4、所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19采用半导体工艺制作于所述半导体基片1上。所述同轴馈线5一端的内芯线7焊接于所述SPiN二极管天线臂2连接的金属触片20上，且所述金属触片20同时连接所述直流偏置线9。所述同轴馈线5与内芯线7相同端外导体8屏蔽层焊接于所述第一SPiN二极管套筒3和所述第二SPiN二极管套筒4连接的金属触片21上，且所述金属触片21同时连接所述直流偏置线10。所述同轴馈线5的另一端通过SMA连接器连接至射频连接器6上。具体的，天线输入阻抗为50Ω。
如图2和图3所示，图3是本发明实施例提供的一种SPiN二极管串的结构示意图。每个SPiN二极管串中包括多个SPiN二极管，且这些SPiN二极管串行连接。所述SPiN二极管串中的SPiN二极管由P+区27、N+区26和本征区22组成，金属接触区23位于P+区27处，金属接触区24位于N+区26处，处于SPiN二极管串的一端的SPiN二极管的金属接触区23连接至直流偏置的正极，处于SPiN二极管串的另一端的SPiN二极管的金属接触区24连接至直流偏置的负极，通过施加直流电压可使整个SPiN二极管串中所有SPiN二极管处于正向导通状态。
如图1所示，所述直流偏置线9和所述直流偏置线10分别接至电压负极，所述直流偏置线13、14、17、所述直流偏置线12、15、18和所述直流偏置线11、16、19分别接至电压正极，且任何工作时刻只能有一组直流偏置线接至电压正极，通过控制所述直流偏置线的电压即可选择性使SPiN二极管串处于导通状态，所述直流偏置线13、14、17导通时，所述SPiN二极管串w3、w4、w7导通，所述直流偏置线组12、15、18导通时，所述SPiN二极管串w2、w5、w8导通，所述直流偏置线组11、16、19导通时，所述SPiN二极管串w1、w6、w9导通。进一步地，导通的SPiN二极管串在本征区将产生固态等离子体，其具有类金属特性，可用作天线的辐射结构。当不同的SPiN二极管串工作时，会改变天线的电尺寸长度，从而实现天线工作频率的可重构。
本实施例中的所述半导体基片1为Si基SOI半导体片。
本实施例中的所述同轴馈线5优选为低损耗同轴线缆。
本实施例中的所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19优选采用化学气相淀积的方法制作于所述半导体基片1上，所用材料优选为铜、铝等，也可采用高掺杂的多晶硅实现，所述直流偏置线9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19用于对SPiN二极管串施加直流偏置。
采用本实施方式的频率可重构偶极子天线体积小、剖面低，结构简单、易于加工、无复杂馈源结构、频率可快速跳变，且天线关闭时将处于电磁波隐身状态，可用于各种跳频电台或设备；由于其所有组成部分均在半导体基片一侧，为平面结构，易于组阵，可用作相控阵天线的基本组成单元。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种SPiN二极管可重构等离子套筒偶极子天线，其特征在于，包括：
半导体基片(1)、SPiN二极管天线臂(2)、第一SPiN二极管套筒(3)、第二SPiN二极管套筒(4)、同轴馈线(5)、直流偏置线(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19)；
所述SPiN二极管天线臂(2)、所述第一SPiN二极管套筒(3)、所述第二SPiN二极管套筒(4)及所述直流偏置线(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19)均制作于所述半导体基片(1)上；所述SPiN二极管天线臂(2)与所述第一SPiN二极管套筒(3)及所述第二SPiN二极管套筒(4)通过所述同轴馈线(5)连接，所述同轴馈线(5)的内芯线(7)连接所述SPiN二极管天线臂(2)且所述同轴馈线(5)的外导体(8)连接所述第一SPiN二极管套筒(3)及所述第二SPiN二极管套筒(4)；
其中，所述SPiN二极管天线臂(2)包括串行连接的SPiN二极管串(w1、w2、w3)，所述第一SPiN二极管套筒(3)包括串行连接的SPiN二极管串(w4、w5、w6)，所述第二SPiN二极管套筒(4)包括串行连接的SPiN二极管串(w7、w8、w9)，每个所述SPiN二极管串(w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9)通过对应的所述直流偏置线(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19)连接至直流偏置。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述半导体基片为Si基SOI半导体片。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，SPiN二极管天线臂和SPiN二极管套筒均包括N段SPiN二极管串，N的取值范围为N≥2。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述直流偏置线(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19)采用CVD工艺制作于所述半导体基片(1)上。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述直流偏置线(9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19)由铜、铝或者高掺杂的多晶硅制备形成。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述SPiN二极管串(w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9)包括SPiN二极管，所述SPiN二极管包括P+区(27)、N+区(26)、本征区(22)、P+接触区(23)及N+接触区(24)；所述P+接触区(23)分别连接所述P+区(27)与直流电源的正极，所述N+接触区(24)分别连接所述N+区(26)与直流电源的负极。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述P+区(27)及所述N+区(26)的掺杂浓度为0.5×1020～5×1020cm-3。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述SPiN二极管天线臂(2)和所述第一SPiN二极管套筒(3)及所述第二SPiN二极管套筒(4)均包括串行连接的3个所述SPiN二极管串。
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