[發明專利]一種共口徑頻率可重構片上縫隙陣列天線及使用方法

有效

• 申請號: 201810376898.0
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108711671B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 周永剛;劉少斌;聞樂天;陳鑫;唐丹
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q5/321;H01Q19/10;H01Q21/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

一種共口徑頻率可重構片上縫隙陣列天線及使用方法。本發明公開了一種頻率可重構的片上縫隙陣列天線，包括硅基可重構輻射器層、PCB饋線層、PCB與硅基輻射器的跳線連接結構和金屬反射腔；硅基可重構輻射器層包括蝕刻了縫隙的金屬層、跨接在金屬層的縫隙中的若干表面P?I?N二極管(S?PIN)單元、絕緣隔離層、S?PIN直流偏置層以及本征硅介質層；PCB饋線層包括了與硅基可重構輻射器層相連接的直流引線、微波饋電裝置以及用于硅基可重構輻射器層對齊的結構；反射面層采用金屬盒體實現。本發明通過控制跨接在硅基可重構輻射器層上的金屬縫隙中的S?PIN單元的通斷，控制陣列天線的工作頻率和單元間距，最終實現縫隙陣列天線的頻率可重構。同時，采用新型硅基S?PIN偏置技術，提高可重構天線的輻射特性。

技術領域

本發明涉及一種頻率可重構片上縫隙陣列天線，具體涉及一種采用硅基半導體S-PIN工藝技術的頻率可重構片上縫隙陣列天線，屬于可重構片上陣列天線技術領域。

背景技術

天線系統作為影響雷達系統和通訊系統性能的核心部件之一，其性能的優良對系統功能有著舉足輕重的影響，此基礎上，人們希望能用盡可能少的天線滿足所有無線系統的要求，然而這些無線電系統的工作頻率通常分布在很寬的頻帶內，實現很寬的頻率跨度的可重構可以使得無線電系統的前端更加緊湊，整個系統更加小型化。此外，無線電系統通常采用陣列天線的形式作為無線電發射器。寬頻率范圍內的陣列天線由于可以滿足未來通信系統的需求成為了研究熱點和未來的發展趨勢。

在共口徑的前提下，傳統的無線電系統的陣列天線覆蓋較寬頻帶的方式是采用多層微帶天線將不同頻率的陣列天線放置于不同層面上，再在其中加入饋電裝置，天線的結構過于復雜，不同頻率之間的通道的互耦難以抑制，需要通過對天線結構實現可重構以滿足在不同頻率下使用需要。

傳統實現天線可重構的方法是通過集總電調元件的加載無源天線結構來實現可重構，但所加載的集總元件數量有限，可重構的自由度低；同時，傳統電可重構天線需要精心設計的外部直流偏置電路，否者偏置電路會干擾天線的正常工作，復雜的外部偏置電路會使得可重構天線的裝配和調試變得困難。。

故，需要一種新的技術方案以解決上述技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種頻率可重構片上縫隙陣列天線，可以有效實現陣列縫隙天線的單元天線的工作頻率、相位中心的可重構，使得陣列天線可以在較大的頻率跨度上實現可重構。

本發明同時提供上述頻率可重構片上縫隙陣列天線的使用方法。

技術方案：為達到上述目的，本發明共口徑頻率可重構片上縫隙陣列天線可采用如下技術方案：

一種共口徑頻率可重構片上縫隙陣列天線，包括從上到下依次層疊的硅基可重構輻射器層、PCB饋線層、反射腔體；所述硅基可重構輻射器層包括本征層、覆蓋在本征層上的絕緣隔離層，覆蓋在絕緣隔離層表面的金屬層；所述本征層中設有縫隙，縫隙中設有若干個成一列排列的S-PIN單元以及給S-PIN單元提供直流偏置的金屬跳線；通過使若干S-PIN單元中的一部分S-PIN單元導通、而另一個部分S-PIN單元截止，以控制陣列天線的工作頻率和S-PIN單元間距，最終實現縫隙陣列天線的頻率可重構。

有益效果：本發明通過將硅基可重構輻射器層中設置若干個成一列排列的S-PIN單元，通過對選擇對部分S-PIN單元導通而部分S-PIN單元截止而實現縫隙陣列天線的頻率可重構，同時可實現了電調結構與輻射結構的單片集成，大大提高了重構的自由度，同時將直流饋電與可重構輻射器一并設計于硅片之上，降低了偏置電路的復雜度和重構天線裝配和調試的難度。

進一步的，所述S-PIN設置為N-P-N結構，即中間為P+區、P+區兩側為N+區，且P+區與N+區之間為I區；當激發指定的S-PIN導通時，將該指定的S-PIN中的P+區和N+區的載流子注入I區；原本呈現絕緣介質態的I區變成導通金屬態。