[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

本發明公開了一種基于TSV三維封裝的可重構芯片天線及其重構方法，天線由上至下依次包括十字輻射層、金屬十字縫隙層、可重構饋電網絡層以及偏置和控制層，十字輻射層中硅孔工藝二極管的第一偏置線通過金屬十字縫隙層和可重構饋電網絡層上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；可重構饋電網絡層用于雙變量重構天線的饋電；偏置和控制層用于布置偏置電路和控制電路。方法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，實現天線的頻率和極化重構。本發明降低了芯片功耗，減小了對射頻信號的無效反射。

技術領域

本發明涉及天線技術，具體涉及一種基于TSV三維封裝的可重構芯片天線及其重構方法。

背景技術

硅通孔技術(Through Silicon Via，TSV)技術是一項高密度封裝技術，正在逐漸取代目前工藝比較成熟的引線鍵合技術，被認為是第四代封裝技術。TSV技術通過銅、鎢、多晶硅等導電物質的填充，實現硅通孔的垂直電氣互連。硅通孔技術可以通過垂直互連減小互聯長度，減小信號延遲，降低電容/電感，實現芯片間的低功耗，高速通訊，增加寬帶和實現器件集成的小型化。

天線是雷達、通信、偵查等電子系統核心部件之一，是實現電磁波發射和接收的載體。從上世紀20年代起的線天線，到上世紀50年代起的面天線，再到如今的大規模應用的各種各樣天線，如相控陣天線，微帶天線，口徑天線，縫隙天線，螺旋天線，可重構天線，封裝天線(AiP)和片上天線(AoC)等，無一例外，這些天線的輻射體和饋電網絡都是由金屬材料組成，天線輻射體和饋電網絡一旦設計完成，金屬結構將固定不變，其電性能和電參數也是固定不可調。

而傳統的可重構天線，雖然可以通過電子開關(如普通PIN二級管)切換不同的輻射單元，或者將不同的金屬輻射體連通或斷開，實現天線的重構功能。但是，由于這類重構天線的輻射體和饋電網絡的金屬部分依然存在，使得天線設計和控制受到種種限制，金屬部分帶來的寄生輻射和互耦以及外接PIN管的控制技術復雜，使得其只能實現較為簡單的重構功能，也無法實現集成化，其大規模應用受到限制。

在固態等離子體芯片天線的設計過程中，通過對每個S-PIN二極管增加行、列地址的方法，可以實現單個S-PIN管的獨立編程控制。使得S-PIN管芯片天線具有極高的設計靈活性，可以實現天線輻射體的結構和饋電網絡的多參數可重構，具備多頻段、多極化、寬帶、小型化、集成化、共口徑等多種功能重構的設計潛力。

S-PIN二極管與普通PIN二極管類似，具有導通與截止特性，通過控制S-PIN管實現其導通(I區為類金屬)狀態和截止(I區為介質)狀態的切換，單個S-PIN二極管的I區由于體積較小不能作為天線的輻射體，當大量S-PIN二極管的組合體同時導通時，其具有宏觀的類金屬特性，可作為天線的輻射體，起天線輻射器的作用，也可作為饋電線起饋電的作用。同樣，當大量S-PIN二極管的組合體同時截止時，其具有宏觀的介質特性。有很多研究者在針對可重構方面做出了很多努力，如基于S-PIN二極管的頻率可重構偶極子天線，通過改變偶極子臂上的三個等離子體通導的通斷，天線可實現從4.9GHz重構至6.3GHz四個頻點的重構；還有S-PIN二極管應用于5G通信的28GHz的波束可重構天線，其通過控制15個縫隙中S-PIN通斷實現天線波束在0°、30°和45°之間的切換。但是都有重構變量單一，功耗大，應用復雜度高等缺點。

在末制導雷達抗干擾、小型化、集成化、多功能化的發展過程中，迫切需求研制小型化的、可集成的、多變量可重構的天線。

發明內容

發明目的：本發明的一個目的是提供一種基于TSV三維封裝的可重構芯片天線，該天線通過硅通孔工藝將集成電路與天線封裝在一起，實現小型化、可集成化、多變量可重構的天線。

本發明的另一個目的是提供一種所述天線的重構方法。