基于SPiN二极管的SOI基可重构等离子全息天线的制作方法

本实用新型涉及天线技术，尤其涉及一种基于SPiN二极管的SOI基可重构等离子全息天线。

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。在实际情况中，无线通信系统经常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”，进而减少系统中天线的数量。

全息天线由源天线和全息结构组成。结合实际需求，选择适当的天线作为源天线，通过加载全息结构来改变馈源的辐射，以获得所需的目标天线的辐射特性，通过给定的电磁波辐射的干涉图进而推算天线结构。与传统的反射面天线相比，全息结构具有灵活的构建形式，便于和应用环境一体设计，应用范围很广泛。

目前的频率可重构全息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，本实用新型提供一种基于SPiN二极管的SOI基可重构等离子全息天线，该天线包括：

Si基SOI半导体基片(1)；

制作在Si基SOI半导体基片(1)上的第一天线臂(2)、第二天线臂(3)、同轴馈线(4)及全息圆环(14)；

其中，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)包括分布在同轴馈线(4)两侧且等长的SPiN二极管串，全息圆环(14)包括多个SPiN二极管串(w7)。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，全息圆环(14)为由八段等长的SPiN二极管串排列形成正八边形结构，其中，正八边形的边长与第一天线臂(2)和第二天线臂(3)长度之和相同。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，全息圆环(14)为由多个等长的SPiN二极管串构成并形成正多边形结构，正多边形的外接圆的半径为天线接收或发送的电磁波波长的四分之三。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)沿同轴馈线(4)轴对称分布且包括相同数量的SPiN二极管串。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，还包括制作于Si基SOI半导体基片(1)的直流偏置线(5、6、7、8、9、10、11、12)；直流偏置线(5、6、7、8、9、10、11、12)间隔性的电连接至SPiN二极管串(w1、w2、w3、w4、w5、w6)两端。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，直流偏置线(5、6、7、8、9、10、11、12)采用化学气相淀积的方法制作于Si基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。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，构成SPiN二极管串的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)与正电压，第二金属接触区(24)分别电连接N+区(26)与负电压，以使对应SPiN二极管串两端被施加电压后其所有SPiN二极管处于正向导通状态。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)的导通长度根据预接收或发送的电磁波波长所确定。

本实用新型提供的一种基于SPiN二极管的SOI基可重构等离子全息天线中的优点在于：

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实用新型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实用新型的一些实施例，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，对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于SPiN二极管的SOI基可重构等离子全息天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的SPiN二极管的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种SPiN二极管串的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于SPiN二极管的SOI基可重构等离子全息天线的结构示意图，如图1所示，该天线包括：

Si基SOI半导体基片(1)；

制作在Si基SOI半导体基片(1)上的第一天线臂(2)、第二天线臂(3)、同轴馈线(4)及全息圆环(14)；

其中，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)包括分布在同轴馈线(4)两侧且等长的SPiN二极管串，全息圆环(14)包括多个SPiN二极管串(w7)。

本实用新型实施例提供的可重构等离子全息天线的天线臂由SPiN二极管串组成，而SPiN二极管串具有选择性导通的特点，在外部控件的控制下，SPiN二极管串的导通长度可灵活改变，因此天线臂在工作时的有效工作长度也会改变，全息天线的电学特性也会随之变化，天线的工作频率可满足更多的实际需求，从而实现天线的频率重构。

进一步地，全息圆环(14)为由八段等长的SPiN二极管串排列形成正八边形结构，其中，正八边形的边长与第一天线臂(2)和第二天线臂(3)长度之和相同。

进一步地，在本实用新型提供的另一实施例中，全息圆环(14)为由多个等长的SPiN二极管串构成并形成正多边形结构，正多边形的外接圆的半径为天线接收或发送的电磁波波长的四分之三。

进一步地，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)沿同轴馈线(4)轴对称分布且包括相同数量的SPiN二极管串。具体的，请参考图1，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。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线还包括制作于Si基SOI半导体基片(1)的直流偏置线(5、6、7、8、9、10、11、12)；直流偏置线(5、6、7、8、9、10、11、12)间隔性的电连接至SPiN二极管串(w1、w2、w3、w4、w5、w6)两端。具体的，请参考图1，该天线的Si基SOI半导体基片(1)的第一天线臂(2)的任意两段SPiN二极管串之间的结合处及最外侧SPiN二极管串的末端处分别与直流偏置线(7、8、9)的一端相连，直流偏置线(7、8、9)的另一端均可在与正电压相连状态或者悬空状态之间切换；第一天线臂(2)最内侧SPiN二极管串靠近同轴馈线(4)的一端与直流偏置线(5)的一端相连，该直流偏置线(5)的另一端与负电压相连；

第二天线臂(3)的任意两段SPiN二极管串之间的结合处及最外侧SPiN二极管串的末端处分别与直流偏置线(10、11、12)的一端相连，直流偏置线(10、11、12)的另一端均可在与正电压相连状态或者悬空状态之间切换；第二天线臂(3)最内侧SPiN二极管串靠近同轴馈线(4)的一端与直流偏置线(6)的一端相连，该直流偏置线(6)的另一端与负电压相连；构成全息圆环(14)的多个SPiN二极管串(w7)的两端均分别通过直流偏置线与正电压和负电压相连。

在工作时，仅直流偏置线(7、12)与电源正极相连，或者，仅直流偏置线(8、11)与电源正极相连，或者，仅直流偏置线(9、10)与电源正极相连，以实现第一天线臂(2)和第二天线臂(3)的天线臂的导通长度一致。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，SPiN二极管偶极子的第一天线臂(2)、第二天线臂(3)、全息圆环(14)和直流偏置线(5、6、7、8、9、10、11、12)采用半导体工艺制作于半导体基片(1)上，直流偏置线(5、6、7、8、9、10、11、12)用于对SPiN二极管串施加直流偏置，同轴馈线(4)的内芯线和外导体(屏蔽层)分别焊接于SPiN二极管偶极子天线臂的金属触片上且两处焊接点分别接有直流偏置线(5、6)作为公共负极；SPiN二极管依次首尾相连构成SPiN二极管串，在本实施例中，SPiN二极管偶极子天线臂(2、3)均由三段SPiN二极管串组成，每一个SPiN二极管串都有直流偏置线外接电压正极，其中偶极子天线臂可由多段二极管串组成，本实施例中的天线臂由三段二极管串组成只是一种示例，具体所需二极管的段数应由实际所需的工作频段决定。

进一步地，直流偏置线(5、6、7、8、9、10、11、12)采用化学气相淀积的方法制作于Si基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。

进一步地，请一并参见图2及图3，图3是本实用新型实施例提供的一种SPiN二极管串的结构示意图。每个SPiN二极管串中包括多个SPiN二极管，且这些SPiN二极管串行连接。构成SPiN二极管串的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，

处于SPiN二极管串的一端的SPiN二极管的金属接触区23连接至直流偏置的正极，处于SPiN二极管串的另一端的SPiN二极管的金属接触区24连接至直流偏置的负极，通过施加直流电压可使整个SPiN二极管串中所有SPiN二极管处于正向导通状态。

进一步地，在本实用新型实施例提供的天线中，第一天线臂(2)和第二天线臂(3)的导通长度根据预接收或发送的电磁波波长所确定。例如，导通长度可以为其接收或发送的电磁波波长的二分之一、四分之一或八分之一，本实用新型在此不做限制。

采用本实施方式的频率可重构等离子全息天线体积小、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实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以所附的权利要求为准。