【摘要】：天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中電磁波發(fā)射與接收的主要部件,它的性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作能力起著重要的作用。本文提出了一種新型橫向PIN管(Surface PIN,S-PIN)固態(tài)等離子體,并基于此S-PIN設(shè)計(jì)了幾款頻率可重構(gòu)芯片天線(xiàn)。S-PIN固態(tài)等離子體基于硅基集成電路制造工藝,與PIN二極管不同之處在于能夠形成類(lèi)金屬特性的等離子體通道,使固態(tài)等離子體天線(xiàn)具備低損耗、低成本等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)能解決毫米波通信的挑戰(zhàn)。本文具體工作內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有:1.根據(jù)國(guó)內(nèi)目前的半導(dǎo)體工藝水平,提出一種新型雙S-PIN固態(tài)等離子體。通過(guò)理論分析、COMSOL Multiphysics半導(dǎo)體仿真與CST STUDIO SUITE全波仿真,研究雙S-PIN結(jié)構(gòu)尺寸和硅片電阻率對(duì)固態(tài)等離子體區(qū)載流子濃度和功耗的影響,研究不同芯片硅基電阻率對(duì)雙S-PIN微波傳輸特性的影響,優(yōu)化得到適用于縫隙芯片天線(xiàn)的雙S-PIN固態(tài)等離子體。2.研究本文提出的雙S-PIN固態(tài)等離子體的電氣特性,包括電勢(shì)分布、載流子濃度、伏安特性、熱分析和開(kāi)關(guān)特性。仿真結(jié)果表明,當(dāng)雙S-PIN的偏置電壓為1 V時(shí),I區(qū)載流子濃度達(dá)到10~188 cm~(-3),該新型雙S-PIN固態(tài)等離子單元作為射頻開(kāi)關(guān)在0.1 GHz至30 GHz范圍內(nèi)插損小于1.3 dB,隔離度大于12.4 dB,與普通PIN管相比載流子濃度高、損耗低、可工作于毫米波并具有寬帶特性。3.在雙S-PIN固態(tài)等離子體的基礎(chǔ)上,提出一款硅基X與Ka波段S-PIN頻率可重構(gòu)芯片天線(xiàn)單元與陣列。通過(guò)激發(fā)不同位置S-PIN的導(dǎo)通和截止,改變縫隙芯片天線(xiàn)有效長(zhǎng)度,實(shí)現(xiàn)頻率重構(gòu)。研究直流偏置饋線(xiàn)、載流子濃度和芯片硅基電阻率對(duì)天線(xiàn)增益、副瓣電平、總輻射效率的影響,優(yōu)化天線(xiàn)設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明,天線(xiàn)陣列可在10 GHz和31 GHz切換,實(shí)現(xiàn)三倍頻重構(gòu),兩個(gè)工作頻段帶寬均大于6%,可實(shí)現(xiàn)增益大于10 dBi。制備X與Ka波段S-PIN固態(tài)等離子體頻率可重構(gòu)芯片天線(xiàn)樣品,設(shè)計(jì)天線(xiàn)外圍測(cè)試系統(tǒng),測(cè)試了天線(xiàn)中雙S-PIN單元的伏安特性,對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并得到相關(guān)結(jié)論。4.提出一款X與Ku波段S-PIN固態(tài)等離子體頻率可重構(gòu)芯片天線(xiàn),通過(guò)控制雙S-PIN固態(tài)等離子體通斷,調(diào)整天線(xiàn)阻抗匹配點(diǎn),使天線(xiàn)的兩個(gè)工作頻段共用一個(gè)微帶饋線(xiàn),減小多個(gè)饋線(xiàn)之間的耦合。仿真結(jié)果表明,該款天線(xiàn)可在8.5 GHz和15.5 GHz切換,實(shí)現(xiàn)兩倍頻重構(gòu)。
【圖文】：

為固態(tài)等離子體的電導(dǎo)率。態(tài)等離子體電導(dǎo)率等離子體的電導(dǎo)率 為：220pe e enem 9 可以看出，固態(tài)等離子體的電導(dǎo)率隨著等離子體振蕩頻率的增加蕩頻率主要受載流子濃度的影響，當(dāng)載流子濃度大于或等于 屬特性。態(tài)等離子體的等效折射率等離子體的折射率含義為光在真空中的速度與光在固態(tài)等離子體的等效折射率為： 21pt renj 18 10

過(guò)孔層高度 lpla等離子體區(qū)體區(qū)高度態(tài)等離子體導(dǎo)通時(shí)，將 P+區(qū)、I 區(qū)和 N+區(qū)稱(chēng)為等離子體區(qū)。電，在垂直于界面方向的電磁波產(chǎn)生的電流密度呈指數(shù)衰減，稱(chēng)度一般為 2 至 3 個(gè)趨膚深度[23]，趨膚深度的計(jì)算公式為2pla 在固態(tài)等離子體中電磁波的頻率，， 和 分別為固態(tài)等離子體著電磁波頻率升高而減小。設(shè)固態(tài)等離子體區(qū)載流子濃度為 阻率和摻雜濃度的關(guān)系[67]，計(jì)算出如圖 3.4 中所示趨膚深度隨線(xiàn)工作最低頻率為 X 波段，即 8GHz 至 12GHz。設(shè) f=10GH69μm，則雙 S-PIN 固態(tài)等離子體區(qū)的高度為 27.38μm至 41.30μm 。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN820;TN40

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3 錢(qián)q

本文編號(hào)：2650738