在現(xiàn)代無(wú)線通訊設(shè)備中,天線作為電磁波輻射和接收的部件,其制作材料往往由金屬構(gòu)成。然而傳統(tǒng)金屬天線的輻射頻率不易改變,集成度低。為了克服傳統(tǒng)金屬天線的相應(yīng)缺陷,使用等離子體可重構(gòu)天線可以有效地解決上述問(wèn)題。由于在加電情況下半導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量載流子,當(dāng)載流子濃度大到一定值時(shí)可認(rèn)為半導(dǎo)體內(nèi)形成了等離子體。這種等離子體的密度高,且易于實(shí)現(xiàn)天線的可重構(gòu),提高天線的集成度和隱身性能,在天線領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。本文首先在分析正向和反向偏置電壓下PIN二極管的工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,研究了大注入下i區(qū)載流子濃度的分布特點(diǎn),得出了折射率,介電常數(shù),趨膚深度與等離子體濃度的關(guān)系,結(jié)果表明,介電常數(shù)隨等離子體濃度增加而減小;固態(tài)等離子體折射率的越高,反射的信號(hào)頻率也越高;等離子體濃度越大,趨膚深度深度越小,等離子體對(duì)電磁波的反射效果就越好,固態(tài)等離子體濃度決定了電磁波能否在其中傳播。針對(duì)固態(tài)等離子體可重構(gòu)天線的工作機(jī)制和構(gòu)建方式,重點(diǎn)研究了PIN二極管天線的頻率和方向可重構(gòu)方式。通過(guò)分析PIN二極管物理尺寸和襯底尺寸對(duì)天線諧振頻率、增益、輸入阻抗、駐波比、輻射效率的影響,得出了當(dāng)I區(qū)厚度大于2-3個(gè)趨膚深度時(shí),I區(qū)高度對(duì)諧振頻率,S11以及增益的影響不大;諧振頻率隨著I區(qū)寬度的增加,而S11和增益性能都得到一定的提升;襯底面積增加了天線的有效長(zhǎng)度,使得天線的回波損耗減小,同時(shí)改善了天線與傳輸系統(tǒng)的阻抗匹配效果,拓展了頻帶寬度提高I區(qū)電導(dǎo)率有利于增強(qiáng)天線的金屬性,提高天線各方面的性能,在條件允許的情況下應(yīng)該使I區(qū)電導(dǎo)率盡量提高。在以上研究基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了一種全新的可重構(gòu)PIN二極管全息天線結(jié)構(gòu)。該天線通過(guò)控制SPiN二極管的導(dǎo)通長(zhǎng)度,控制不同固態(tài)等離子體全息結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通與關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)天線的頻率可重構(gòu),仿真結(jié)果表明,通過(guò)控制不同的SPIN二極管的導(dǎo)通狀態(tài),該天線能夠?qū)崿F(xiàn)在63.8GHz,58.8GHz,54.3GHz三個(gè)頻點(diǎn)的可重構(gòu),且在這三個(gè)頻點(diǎn)的輻射增益均大于6dB。與目前同類(lèi)型的全息天線相比,其尺寸明顯減小,且具有良好的可重構(gòu)性。最后在頻率可重構(gòu)天線的基礎(chǔ)上加入了控制天線方向的全息結(jié)構(gòu),該天線可以實(shí)現(xiàn)偏離干涉平面法線17°的方向可重構(gòu),增益為4.65dB,實(shí)現(xiàn)了頻率和方向可重構(gòu)的功能,對(duì)固態(tài)等離子全息天線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：O53;TN820
【部分圖文】：

[6]。圖1.1 硅片上的可重構(gòu)偶極子天線，由阻抗轉(zhuǎn)換器饋電2010 年，Bryan H. Fong 等人用人工阻抗表面的單極子天線構(gòu)建了全息天線，將單極子天線用人工阻抗表面包圍，用人工阻抗表面模擬全息結(jié)構(gòu)的干涉條紋，從而使天線能夠產(chǎn)生任意方向的高增益波束，且制作過(guò)程簡(jiǎn)單[7]。2010 年，Yevhen 等人研究了固態(tài)等離子體濃度隨 SPIN 二極管物理結(jié)構(gòu)尺寸變化的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了 SOI 基制作的 SPiN 結(jié)構(gòu)具有較低的微波損耗。研究表明

天線的增益，方向性，輻射方向圖與金屬元件的差別不大。該天線通過(guò)引入電可重構(gòu)單元實(shí)現(xiàn)了天線的一線多用。圖1.2 平面上 15 個(gè)等離子體反射器的俯視圖1.2.2 國(guó)內(nèi)研究概況相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)于可重構(gòu)天線天線的研究較少，目前比較有代表性的研究成果有：2013 年，張家樂(lè)研究了 SPIN 二極管在不同摻雜濃度下的載流子密度與電流密度的分布變化，設(shè)計(jì)并仿真兩款了具有全向輻射功能的可重構(gòu)天線。一款是在矩形波導(dǎo)壁上切割縫隙，在縫隙中生長(zhǎng) SPIN 二極管開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)方向圖在波導(dǎo)橫切面的 360°掃描；另一款是通過(guò) SPIN 二極管開(kāi)關(guān)控制六個(gè)輻射貼片可重構(gòu)圓盤(pán)微帶天線，能在錐面實(shí)現(xiàn)全向掃描[11]。2013 年，Tao su 等人基于全息的原理，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于微波頻段的全息天線。實(shí)現(xiàn)了偏離干涉平面 60°的輻射

入與彎折偶極子相連的直偶極子和寄生單元，改善了天線阻抗帶寬窄的問(wèn)題，如圖1.3 所示。該方法拓寬了方向圖帶寬，且輻射方向穩(wěn)定。圖1.3 方向可重構(gòu)彎折偶極子天線結(jié)構(gòu)2018 年，重慶郵電大學(xué) Bo Yin 等人提出了一種新的等離子體可重構(gòu)天線結(jié)構(gòu)。該天線增加了等離子體柱反射器陣列，通過(guò)控制不同等離子體柱的開(kāi)關(guān)，從而使天線的輻射方向改變，同時(shí)提高天線的增益。當(dāng)?shù)入x子體柱關(guān)閉時(shí)，天線具有隱身性。此外，具有相同相位和振幅的信號(hào)被同時(shí)饋送到等離子體天線陣，從而大大降低了天線全向掃描實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度[16]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 黃霞;杜驚雷;侯宜棟;高福華;張志友;;硅基固態(tài)等離子體通道的電磁波傳輸特性研究[J];微波學(xué)報(bào);2014年03期

2 楊雪松,王秉中;可重構(gòu)天線的研究進(jìn)展[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2003年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 楊歡;方向圖可重構(gòu)平面天線研究[D];華南理工大學(xué);2016年

2 張家樂(lè);基于Surface PIN二極管的可重構(gòu)天線技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2013年

3 豆振領(lǐng);基于電子有效質(zhì)量的Drude修正模型優(yōu)化分析及其應(yīng)用研究[D];蘭州大學(xué);2013年

4 沈睿;貼片天線隱身機(jī)理及實(shí)現(xiàn)研究[D];電子科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2824951