[發明專利]一種基于TSV三維封裝的可重構芯片天線及其重構方法

有效

• 申請號: 202010401825.X
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111585032B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 劉少斌;胡智勇;周永剛;陳鑫;安彤;蔣海珊;梁景原
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京六季光電技術研究院有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q5/30;H01Q13/10;H01Q15/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

1.一種基于TSV三維封裝的可重構芯片天線，其特征在于：由上至下依次包括十字輻射層(1)、金屬十字縫隙層(2)、可重構饋電網絡層(3)以及偏置和控制層(4)，通過倒裝工藝使得十字輻射層的P+區金屬電極(5)在下表面，金屬十字縫隙層和可重構饋電網絡層均設有與所述電極對應的過孔(6)，第一偏置線(7)一端與P+區電極連接，另一端穿過金屬十字縫隙層和可重構饋電網絡層的過孔與偏置和控制層連接；十字輻射層用于天線輻射，嵌到下面的金屬十字縫隙層上；金屬十字縫隙層用于形成頻率和極化兩個可重構變量，并用于隔離十字輻射層和可重構饋電網絡層；可重構饋電網絡層用于雙變量重構天線的饋電，包括第一饋電支路以及第二饋電支路；偏置和控制層用于布置偏置電路和控制電路；

十字輻射層由M×N個縱橫交錯的硅孔工藝二極管線陣排列組成，每行或每列硅孔工藝二極管線陣之間有間隙，行和列正交的部分通過場隔離工藝隔離連接，且縱橫交錯的硅孔工藝二極管線陣全部倒裝覆蓋在金屬十字縫隙層的平面縫隙上，通過分別控制正交的硅孔工藝二極管線陣的導通或截止，實現天線的極化可重構；

硅孔工藝二極管線陣由L個硅孔工藝二極管通過場隔離工藝隔離連接組成，實現各硅孔工藝二極管的獨立控制，每個硅孔工藝二極管包括硅襯底層(13)、絕緣層(12)、I區(9)、N+區(10)、P+區(11)、N+區金屬電極(14)、P+區金屬電極(5)、隔離層(15)、隔離層過孔(16)和第一偏置線(7)，絕緣層設置于硅襯底層的上表面，I區、N+區、P+區均設置于絕緣層上表面，I區位于中間位置，N+區和P+區分別位于I區的兩側，N+區金屬電極設置于N+區上表面，P+區金屬電極設置于P+區上表面，并在P+區金屬電極上表面設置一層隔離層，第一偏置線通過隔離層上的隔離層過孔與P+區金屬電極連接，N+區金屬電極直接與金屬十字縫隙層接觸連接；

金屬十字縫隙層包括金屬平板和設置在金屬平板上的平面縫隙，平面縫隙由M×N個正交十字縫隙單元陣列組成，每一個正交十字縫隙單元的兩條正交縫隙都分別由不同的饋電支路進行饋電，且每一行或每一列正交十字縫隙單元分別由十字輻射層上的每一行或每一列硅孔工藝二極管線陣完全覆蓋；

可重構饋電網絡層采用S-PIN構建可重構饋電網絡，饋電方式采用微帶耦合饋電，通過直流電壓控制可重構饋電網絡中S-PIN的類金屬特性和介質特性，當某饋電支路需要饋電時，為導通時的類金屬特性，此時該饋電支路導通起到饋電作用；當某饋電支路不需要饋電時，為截止時的介質特性，使該饋電支路開路。

2.根據權利要求1所述的基于TSV三維封裝的可重構芯片天線，其特征在于：可重構饋電網絡層中控制S-PIN管的連接線為第二偏置線，該第二偏置線采用高阻結構進行射頻信號隔離。

3.一種權利要求1-2任一項所述基于TSV三維封裝的可重構芯片天線的重構方法，其特征在于：通過控制不同位置的縫隙上硅孔工藝二極管及對應的可重構饋電網絡的S-PIN導通或截止的形式，實現天線的頻率重構和極化重構；

天線的頻率重構方法為：通過外加直流電壓使橫跨平面縫隙的硅孔工藝二極管導通，產生類金屬特性與金屬十字縫隙層的平板金屬電連通，將硅孔工藝二極管所在位置縫隙屏蔽，其余硅孔工藝二極管導通，產生介質特性，形成等效輻射縫隙，通過對不同的硅孔工藝二極管實現導通或截止的控制，形成了不同長度的等效輻射縫隙，并通過對應的可重構饋電網絡層的S-PIN導通，形成對應的饋電支路，實現可重構芯片天線的頻率重構；

天線極化重構方法為：通過使正交十字縫隙單元的橫向縫隙或豎向縫隙對應的硅孔工藝二極管導通，豎向縫隙或橫向縫隙對應的硅孔工藝二極管截止，并使對應的可重構饋電網絡導通進行射頻饋電，實現天線的極化重構。