[发明专利]一种基于S-PIN固态等离子体的高隔离度可重构缝隙天线及其频率重构方法

说明书

本发明公开了一种基于S‑PIN固态等离子体的高隔离度可重构缝隙天线及其频率重构方法，天线由上至下依次设置金属地板、介质基板和射频PCB板，介质基板的下方、射频PCB板的上方印刷有相互独立工作的第一微带馈线和第二微带馈线，金属地板的上表面中心位置开设有与第一微带馈线和第二微带馈线垂直的水平缝隙，该水平缝隙的不同位置分别填充有相互独立的几段S‑PIN固态等离子体，通过控制S‑PIN固态等离子体的通断改变天线辐射时的等效长度，实现天线频率的可重构。当第一微带馈线工作时，控制第二微带馈线正上方的S‑PIN固态等离子体使其截止，截断了从第一微带馈线馈入的交流信号，本发明实现了天线频率可重构的同时，还实现了高隔离度。

技术领域

本发明涉及天线和半导体技术，具体涉及一种基于S-PIN固态等离子体的高隔离度可重构缝隙天线及其频率重构方法。

背景技术

近年来，缝隙天线因其低剖面，可集成化，容易组阵等特点，受到了人们广泛关注与研究。缝隙天线是在波导、金属板、同轴线或谐振腔上开缝隙，电磁波通过缝隙向外部空间辐射的天线。其特点是重量轻，具有良好的平面结构，易于与安装物体共形。缝隙阵列天线的口径面幅度分布容易控制，口径面利用率高，可以实现低副瓣或极低副瓣。同时，缝隙天线还具有结构牢固、简单紧凑、易于加工、馈电方便、架设简单等优势。

另一方面，随着现代雷达和通信系统的迅速发展，为实现通信、导航、制导、警戒、武器寻的等目的，飞机、轮船、卫星等所需的天线数量越来越多。这使得平台上所负载的重量不断增加，而且搭建天线所需的费用也不断上升，同时，各天线之间的电磁下扰也非常大，严重影响天线的正常工作。因此，人们希望用一个天线来实现多个天线的功能，来减轻平台的负载，这就出现了可重构天线。即采用同一个天线或天线阵，通过动态改变其物理结构或尺寸，使其具有多个天线的功能，相当于多个天线共用一个物理口径。

频率可重构天线一般通过动态切换射频开关，如PIN二极管、MEMS开关或变容二极管工作状态重构天线孔径大小。PIN二极管与普通PIN二极管类似，具有导通与截止特性，通过控制S-PIN管实现其导通(I区为类金属)状态和截止(I区为介质)状态的切换，单个S-PIN二极管的I区由于体积较小不能作为天线的辐射体，当大量S-PIN二极管的组合体同时导通时，其具有宏观的类金属特性，可作为天线的辐射体，起天线辐射器的作用，也可作为馈电线起馈电的作用。同样，当大量S-PIN二极管的组合体同时截止时，其具有宏观的介质特性。但是，S-PIN固态等离子体的结构和射频开关PIN二极管又有着显著的不同，其主要优势在于：1.标准的PIN二极管即使采用平面技术制造，体积仍然庞大。对于高频天线，如毫米波可重构天线，缝隙宽度远小于缝隙长度，则传统的射频开关难以满足要求；2.S-PIN固态等离子体由于导通时载流子浓度高，则根据固态等离子体的高通低阻特性，能工作于频段更宽的范围；3.S-PIN固态等离子体既可以与芯片天线集成，也可以嵌入天线PCB介质基板；4.功率容量高、低损耗、开关切换速度快。

固态等离子体芯片天线可与系统射频前端集成，结构尺寸有更高的设计自由度，方便实现整个系统的多功能化、小型化和集成化，实现真正意义上的片上系统。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种基于S-PIN固态等离子体的高隔离度可重构缝隙天线，该天线通过控制S-PIN的导通与截止来改变天线辐射时缝隙的等效长度，实现天线的频率可重构。

本发明的另一个目的是提供一种所述天线的频率重构方法。

技术方案：本发明的基于S-PIN固态等离子体的高隔离度可重构缝隙天线，由上至下依次设置金属地板、介质基板和射频PCB板，所述介质基板的下方、射频PCB板的上方印刷有相互独立工作的第一微带馈线和第二微带馈线，金属地板的上表面中心位置开设有一条与第一微带馈线和第二微带馈线垂直的水平缝隙，该水平缝隙的不同位置分别填充有相互独立的几段S-PIN固态等离子体，通过控制S-PIN固态等离子体的通断改变天线辐射时的等效长度，实现天线频率的可重构。