[發(fā)明專利]基于S-PIN二極管的方向圖可重構圓盤型微帶天線

有效

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• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN102956993A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 胡斌杰;張家樂
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q25/00
• 分類號: H01Q25/00;H01Q9/04;H01Q13/08;H01Q3/34
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發(fā)明涉及固態(tài)等離子體技術和微帶天線技術，特別是涉及利用固態(tài)等離子體技術實現(xiàn)方向圖可重構的微帶天線。

背景技術

現(xiàn)代大容量、多功能、超寬帶綜合信息系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，使得在同一平臺上搭載的信息子系統(tǒng)數(shù)量增加。天線作為無線系統(tǒng)中信息出入的通道，其數(shù)量也相應地增加。可重構天線技術使天線能根據(jù)實際環(huán)境需要實時重構天線特性,具有降低綜合信息系統(tǒng)的整體成本、減輕重量、減小系統(tǒng)的雷達散射截面、實現(xiàn)良好的電磁兼容特性等優(yōu)勢。其中，方向圖可重構天線可以使天線方向圖動態(tài)調整，能夠滿足智能武器尋的、汽車和飛機雷達、無線和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡以及空間遙感等要求，有廣泛的應用前景。目前在方向圖可重構方面的研究大多仍然基于傳統(tǒng)的相控陣天線理論。本發(fā)明利用微帶天線實現(xiàn)了方向圖可重構，使方向圖能進行全向掃描。微帶天線是指介質基片上，一面覆蓋金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕方法制成一定形狀的金屬貼片，利用微帶線或同軸探針對貼片饋電形成的天線。微帶天線因其重量輕，體積小，低剖面等諸多優(yōu)點而成為多種天線之中比較實用的一種。

等離子體獨特的物理性質,在解決天線隱身、互耦、帶寬方面具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ虼穗x子體天線成為天線領域的研究的熱點。而目前絕大多數(shù)的研究只限于氣態(tài)等離子體天線，而對固態(tài)等離子體天線的研究幾乎還是空白。固態(tài)等離子體一般存在于物理半導體器件中，無需像氣態(tài)等離子那樣用介質管包裹，因而有更好的安全性和穩(wěn)定性。雖然它很難被大面積、高濃度地激發(fā)，但可以轉換思想加以利用。本發(fā)明利用S-PIN二極管工作時激發(fā)的固態(tài)等離子使其成為性能良好的射頻開關。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供基于S-PIN二極管的方向圖可重構圓盤型微帶天線，利用固態(tài)等離子體實現(xiàn)天線結構動態(tài)改變，輻射特性快速可調，并且可以進行全向掃描的微帶天線。

????本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)：

基于S-PIN二極管的方向圖可重構圓盤型微帶天線，包括基板、接地板與圓形貼片，其特征是在圓形貼片邊緣均勻間隔安裝4~6個S-PIN二極管，每個S-PIN二極管的P型端與圓形貼片邊緣連接；N型端通過長方形微帶線與扇形寄生貼片連接且N型端的寬度與長方形微帶線寬度一致；所述扇形寄生貼片各開有一個U形槽；通過控制所述S-PIN二極管的偏置電壓使S-PIN二極管導通或斷開；順次使相鄰的S-PIN二極管導通，實現(xiàn)天線方向圖的全向掃描。

所述U形槽由第一條形槽、第二條形槽、第三條形槽、第四條形槽和第五條形槽順次連接組成，U形槽關于第三條形槽的中垂線對稱，其中第一條形槽與第五條形槽分別與第三條形槽垂直，第二條形槽、第四條形槽與第三條形槽的夾角相等，為110°~120?°，U形槽的開口朝向圓形貼片。

S-PIN二極管包括第一金屬觸片、第二金屬觸片、硼磷硅玻璃、P型半導體塊、N型半導體塊、本征層、埋氧層和硅襯底；第一金屬觸片與第二金屬觸片之間有間隙，間隙中填充了硼磷硅玻璃；第一金屬觸片的下方與所述P型半導體塊連接，用于提供空穴；第二金屬觸片的下方與所述N型半導體塊連接，用于提供電子；P型和N型半導體塊除頂面以外都被所述本征層包裹著；本征層下面緊貼著一層所述埋氧層；埋氧層下面緊貼著所述硅襯底，硅襯底處于S-PIN二極管的底部；當在第一金屬觸片與第二金屬觸片之間加上正向偏置電壓后，S-PIN二極管導通，當不加偏置電壓時，S-PIN二極管斷開。第一金屬觸片與第二金屬觸片的厚度為0.8μm-1.5μm，兩金屬觸片之間的間隙為50μm-100μm。加在兩金屬觸片之間的偏置電壓為直流穩(wěn)壓，電壓值為2.5V-3V。本征層的材料為純硅，厚度為70μm-90μm。埋氧層的材料是二氧化硅，厚度為2μm-3μm。硅襯底的材料為純硅，厚度為200μm-400μm。第一金屬觸片、第二金屬觸片之間的間隙填充的硼磷硅玻璃是一種摻硼的二氧化硅玻璃，厚度為1μm-2μm。

S-PIN二極管具有納秒級（如10ns-100ns）的開關速度，便于天線方向圖的快速動態(tài)調整。S-PIN二極管的寬度可以在較大范圍內(nèi)調整，本發(fā)明中，S-PIN二極管的寬度須與長方形微帶線寬度一致，保證了方向圖能夠隨S-PIN二極管導通而產(chǎn)生明顯偏轉。