基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线的制作方法

本发明涉及天线技术，尤其涉及一种基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线。

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越重要的作用。无线通信利用无线电波进行工作，而无线电波的接收和发送靠天线完成，天线的性能直接影响整个无线通信系统。

随着无线系统向大容量、多功能、多频段/超宽带方向的发展，不同通信系统相互融合，使得在同一平台上搭载的信息子系统数量增加，天线数量也相应增加，但天线数量的增加对通信系统的电磁兼容性、成本、重量等方面有较大的负面影响。因此，无线通信系统要求天线能根据实际使用环境来改变其电特性，即实现天线特性的“可重构”。可重构天线具有多个天线的功能，减少了系统中天线的数量。其中，可重构微带天线因其体积较小，剖面低等优点受到可重构天线研究领域的关注。

目前的频率可重构微带天线的各部分有互耦影响，频率跳变慢，馈源结构复杂，隐身性能不佳，剖面高，集成加工的难度高。

技术实现要素：

因此，为解决上述现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提供一种基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线。

本发明提供一种基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线，包括：

SOI半导体基片(1)；

采用半导体工艺固定在SOI半导体基片(1)上的第一天线臂(2)、第二天线臂(3)和同轴馈线(4)和第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)、第三直流偏置线(7)、第四直流偏置线(8)、第五直流偏置线(9)、第六直流偏置线(10)、第七直流偏置线(11)、第八直流偏置线(12)；

其中，第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)、第三直流偏置线(7)、第四直流偏置线(8)、第五直流偏置线(9)、第六直流偏置线(10)、第七直流偏置线(11)、第八直流偏置线(12)采用化学气相淀积的方法固定于SOI半导体基片(1)上，其材料为铜、铝或经过掺杂的多晶硅中的任意一种；

第一天线臂(2)和第二天线臂(3)分别设置于同轴馈线(4)的两侧，第一天线臂(2)包括依次串接的第一SPiN二极管串(w1)、第二SPiN二极管串(w2)及第三SPiN二极管串(w3)，第二天线臂(3)包括依次串接的第四SPiN二极管串(w4)、第五SPiN二极管串(w5)及第六SPiN二极管串(w6)；

其中，第一SPiN二极管串(w1)的长度等于第六SPiN二极管串(w6)的长度，第二SPiN二极管串(w2)的长度等于第五SPiN二极管串(w5)的长度，第三SPiN二极管串(w3)的长度等于第四SPiN二极管串(w4)的长度；第一天线臂(2)和第二天线臂(3)的长度为其接收或发送的电磁波波长的四分之一；

其中，SPiN二极管串中的SPiN二极管包括P+区(27)、N+区(26)和本征区(22)，且还包括第一金属接触区(23)和第二金属接触区(24)；其中，

第一金属接触区(23)分别电连接P+区(27)与直流偏置电压的正极，第二金属接触区(24)分别电连接N+区(26)与直流偏置电压的负极，以使对应SPiN二极管串被施加直流偏置电压后其所有SPiN二极管处于正向导通状态；

同轴馈线(4)的内芯线焊接于第一天线臂(2)的金属片，第一天线臂(2)的金属片与直流偏置线(5)相连；同轴馈线(4)的屏蔽层焊接于第二天线臂(3)的金属片，第二天线臂(3)的金属片与第二直流偏置线(6)相连；第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)均与直流偏置电压的负极相连，以形成公共负极；

由第三直流偏置线(7)和第八直流偏置线(12)形成第一直流偏置线组(7、12)，由第四直流偏置线(8)和第七直流偏置线(11)形成第二直流偏置线组(8、11)，由第五直流偏置线(9)和第六直流偏置线(10)形成第三直流偏置线组(9、10)，在天线工作中仅选择第一直流偏置线组(7、12)、第二直流偏置线组(8、11)及第三直流偏置线组(9、10)中的一组与直流偏置电压的正极相连，以使不同长度的二极管串处于导通状态，二极管在本征区(22)产生具有类金属特性的固态等离子体以用于天线的辐射结构，以形成不同长度的天线臂进而实现天线工作频率的可重构。

本发明提供一种基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线，包括：

SOI半导体基片(1)；

固定在SOI半导体基片(1)上的第一天线臂(2)、第二天线臂(3)和同轴馈线(4)；

第一天线臂(2)和第二天线臂(3)分别设置于同轴馈线(4)的两侧且包括多个SPiN二极管串，在天线处于工作状态时，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)根据多个SPiN二极管串的导通与关断实现天线臂长度的调节。

在本发明提供的一个实施例中，该基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线的第一天线臂(2)包括依次串接的第一SPiN二极管串(w1)、第二SPiN二极管串(w2)及第三SPiN二极管串(w3)，第二天线臂(3)包括依次串接的第四SPiN二极管串(w4)、第五SPiN二极管串(w5)及第六SPiN二极管串(w6)；

其中，第一SPiN二极管串(w1)的长度等于第六SPiN二极管串(w6)的长度，第二SPiN二极管串(w2)的长度等于第五SPiN二极管串(w5)的长度，第三SPiN二极管串(w3)的长度等于第四SPiN二极管串(w4)的长度。

在本发明提供的一个实施例中，该基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线还包括第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)、第三直流偏置线(7)、第四直流偏置线(8)、第五直流偏置线(9)、第六直流偏置线(10)、第七直流偏置线(11)、第八直流偏置线(12)，其中，

第一直流偏置线(5)设置于第三二极管串(w3)的一端，第二直流偏置线(6)设置于第四SPiN二极管串(w4)的一端，第三直流偏置线(7)设置于第一SPiN二极管串(w1)的一端，第八直流偏置线(12)设置于第六SPiN二极管串(w6)的一端；

第五直流偏置线(9)设置于第三二极管串(w3)和第二二极管串(w2)串接形成的节点处，第六直流偏置线(10)设置于第四SPiN二极管串(w4)和第五SPiN二极管串(w5)串接形成的节点处，第四直流偏置线(8)设置于第一SPiN二极管串(w1)和第二SPiN二极管串(w2)串接形成的节点处，第七直流偏置线(11)设置于第五SPiN二极管串(w5)和第六SPiN二极管串(w6)串接形成的节点处。

在本发明提供的一个实施例中，该基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线的第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)、第三直流偏置线(7)、第四直流偏置线(8)、第五直流偏置线(9)、第六直流偏置线(10)、第七直流偏置线(11)及第八直流偏置线(12)采用化学气相淀积的方法固定于SOI半导体基片(1)上，其材料为铜、铝或经过掺杂的多晶硅中的任意一种。

在本发明提供的一个实施例中，该基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线的同轴馈线(4)的内芯线焊接于第一天线臂(2)的金属片，第一天线臂(2)的金属片与直流偏置线(5)相连；同轴馈线(4)的屏蔽层焊接于第二天线臂(3)的金属片，第二天线臂(3)的金属片与第二直流偏置线(6)相连；第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)均与直流偏置电压的负极相连，以形成公共负极。

在本发明提供的一个实施例中，该基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线的SPiN二极管串中的SPiN二极管包括P+区(27)、N+区(26)和本征区(22)，且还包括第一金属接触区(23)和第二金属接触区(24)；其中，

第一金属接触区(23)分别电连接P+区(27)与直流偏置电压的正极，第二金属接触区(24)分别电连接N+区(26)与直流偏置电压的负极，以使对应SPiN二极管串被施加直流偏置电压后其所有SPiN二极管处于正向导通状态。

在本发明提供的一个实施例中，基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线，由第三直流偏置线(7)和第八直流偏置线(12)形成第一直流偏置线组(7、12)，由第四直流偏置线(8)和第七直流偏置线(11)形成第二直流偏置线组(8、11)，由第五直流偏置线(9)和第六直流偏置线(10)形成第三直流偏置线组(9、10)，在天线工作中仅选择第一直流偏置线组(7、12)、第二直流偏置线组(8、11)及第三直流偏置线组(9、10)中的一组与直流偏置电压的正极相连，以形成不同长度的天线臂进而实现天线工作频率的可重构。

在本发明提供的一个实施例中，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)的长度为其接收或发送的电磁波波长的四分之一。

在本发明提供的一个实施例中，第一天线臂(2)包括的SPiN二极管串个数和第二天线臂(3)包括的SPiN二极管串个数相同，第一天线臂(2)的二极管串和第二天线臂(3)的二极管串以同轴馈线(4)为对称轴进行对称分布，第一天线臂(2)的任一SPiN二极管串和与该SPiN二极管串对称的第二天线臂(3)的对应SPiN二极管串长度相等。

本发明的提供的一种基于SPiN二极管的SOI基固态等离子体可重构偶极子天线的优点在于：

1、体积小、剖面低，结构简单、易于加工。

2、采用同轴电缆作为馈源，无复杂馈源结构。

3、采用SPiN二极管作为天线的基本组成单元，只需通过控制其导通或断开，即可实现频率的可重构。

4、所有组成部分均在半导体基片一侧，易于制版加工。

附图说明

为了更清晰地说明本发明或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明提供的一种基于SPiN二极管的SOI基频率可重构偶极子天线结构示意图；

图2为本发明提供的SPiN二极管的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明提供的一种基于SPiN二极管的SOI基频率可重构偶极子天线结构示意图。如图1所示，该天线包括：SOI半导体基片(1)；

固定在SOI半导体基片(1)上的第一天线臂(2)、第二天线臂(3)和同轴馈线(4)；优选的，同轴馈线采用低损耗同轴线缆。

第一天线臂(2)和第二天线臂(3)分别设置于同轴馈线(4)的两侧且包括多个SPiN二极管串，在天线处于工作状态时，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)根据多个SPiN二极管串的导通与关断实现天线臂长度的调节。

本发明的实施例实现了该天线的频率可重构且构造无复杂馈源结构，结构简单，易于加工。

进一步的，请参见图1，第一天线臂(2)包括依次串接的第一SPiN二极管串(w1)、第二SPiN二极管串(w2)及第三SPiN二极管串(w3)，第二天线臂(3)包括依次串接的第四SPiN二极管串(w4)、第五SPiN二极管串(w5)及第六SPiN二极管串(w6)；

其中，第一SPiN二极管串(w1)的长度等于第六SPiN二极管串(w6)的长度，第二SPiN二极管串(w2)的长度等于第五SPiN二极管串(w5)的长度，第三SPiN二极管串(w3)的长度等于第四SPiN二极管串(w4)的长度。

进一步的，请参见图1，该天线还包括第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)、第三直流偏置线(7)、第四直流偏置线(8)、第五直流偏置线(9)、第六直流偏置线(10)、第七直流偏置线(11)、第八直流偏置线(12)，其中，

第一直流偏置线(5)设置于第三二极管串(w3)的一端，第二直流偏置线(6)设置于第四SPiN二极管串(w4)的一端，第三直流偏置线(7)设置于第一SPiN二极管串(w1)的一端，第八直流偏置线(12)设置于第六SPiN二极管串(w6)的一端；

第五直流偏置线(9)设置于第三二极管串(w3)和第二二极管串(w2)串接形成的节点处，第六直流偏置线(10)设置于第四SPiN二极管串(w4)和第五SPiN二极管串(w5)串接形成的节点处，第四直流偏置线(8)设置于第一SPiN二极管串(w1)和第二SPiN二极管串(w2)串接形成的节点处，第七直流偏置线(11)设置于第五SPiN二极管串(w5)和第六SPiN二极管串(w6)串接形成的节点处。

优选的，第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)、第三直流偏置线(7)、第四直流偏置线(8)、第五直流偏置线(9)、第六直流偏置线(10)、第七直流偏置线(11)及第八直流偏置线(12)采用化学气相淀积的方法固定于SOI半导体基片(1)上，其材料为铜、铝或经过掺杂的多晶硅中的任意一种。

进一步的，请参见图1，同轴馈线(4)的内芯线焊接于第一天线臂(2)的金属片，第一天线臂(2)的金属片与直流偏置线(5)相连；同轴馈线(4)的屏蔽层焊接于第二天线臂(3)的金属片，第二天线臂(3)的金属片与第二直流偏置线(6)相连；第一直流偏置线(5)、第二直流偏置线(6)均与直流偏置电压的负极相连，以形成公共负极。

图2为本发明提供的SPiN二极管的结构示意图。请参见图2，在本发明提供的实施例中，SPiN二极管串中的SPiN二极管包括P+区(27)、N+区(26)和本征区(22)，且还包括第一金属接触区(23)和第二金属接触区(24)；其中，

第一金属接触区(23)分别电连接P+区(27)与直流偏置电压的正极，第二金属接触区(24)分别电连接N+区(26)与直流偏置电压的负极，以使对应SPiN二极管串被施加直流偏置电压后其所有SPiN二极管处于正向导通状态。。

进一步的，请参见图2，由第三直流偏置线(7)和第八直流偏置线(12)形成第一直流偏置线组(7、12)，由第四直流偏置线(8)和第七直流偏置线(11)形成第二直流偏置线组(8、11)，由第五直流偏置线(9)和第六直流偏置线(10)形成第三直流偏置线组(9、10)，在天线工作中仅选择第一直流偏置线组(7、12)、第二直流偏置线组(8、11)及第三直流偏置线组(9、10)中的一组与直流偏置电压的正极相连，以形成不同长度的天线臂进而实现天线工作频率的可重构。

从辐射效率和阻抗匹配的角度考虑，优选的，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)的长度为其接收或发送的电磁波波长的四分之一。

在本发明的另一个实施例中，第一天线臂(2)包括的SPiN二极管串个数和第二天线臂(3)包括的SPiN二极管串个数相同，第一天线臂(2)的二极管串和第二天线臂(3)的二极管串以同轴馈线(4)为对称轴进行对称分布，第一天线臂(2)的任一SPiN二极管串和与该SPiN二极管串对称的第二天线臂(3)的对应SPiN二极管串长度相等。

在本实施例中，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)包括的二极管串个数可根据实际需求进行调整。在工作过程中，通过控制各个二极管串的导通与否，进而实现第一天线臂(2)和第二天线臂(3)的臂长可调节。

采用本实施方式的频率可重构偶极子天线体积小、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。

综上，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。