基于雙橫向pin二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域和波導(dǎo)縫隙天線領(lǐng)域，特別涉及利用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)可編程控制的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線。
【背景技術(shù)】
[0002]波導(dǎo)縫隙天線是通過在波導(dǎo)壁上開縫制成的，它是由波導(dǎo)或諧振腔饋電，在縫隙上激勵產(chǎn)生電磁場，并向空間輻射電磁波的一種天線。波導(dǎo)縫隙天線具有結(jié)構(gòu)緊湊，功率容量大，安裝方便，輻射效率高，饋電損耗低，體積小，重量輕，易實(shí)現(xiàn)高增益、低副瓣等的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代電子工業(yè)中占據(jù)重要位置，被廣泛應(yīng)用于地面、艦載、機(jī)載、導(dǎo)航等各個領(lǐng)域。
[0003]等離子體獨(dú)特的物理性質(zhì)，在解決天線隱身與互耦等方面具有很大的發(fā)展?jié)摿?，已成為研宄的熱點(diǎn)。等離子體通過其中可以自由移動的帶電粒子與外加電磁波之間的耦合共振實(shí)現(xiàn)對電磁波信號的傳輸，從而成為天線系統(tǒng)的重要組成部分接受和發(fā)射信號。一種全新的具有良好隱身性和快速動態(tài)可重構(gòu)性的硅基等離子天線的概念被提出，且已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證。
[0004]由于傳統(tǒng)波導(dǎo)縫隙天線只能實(shí)現(xiàn)一種方向圖，并只能在一個頻帶內(nèi)能最有效的工作?；陔p橫向PIN 二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線結(jié)合了波導(dǎo)縫隙天線和硅基等離子天線的眾多優(yōu)點(diǎn)，可工作在多頻帶，具有廣泛的應(yīng)用前景，在民用和軍用方面都有重要的應(yīng)用價(jià)值

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是解決波導(dǎo)縫隙天線的頻率可重構(gòu)問題，提供一種基于雙橫向PIN 二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線，通過控制雙橫向PIN 二極管的不同部分導(dǎo)通與截止，進(jìn)而控制波導(dǎo)縫隙的長度、寬度和偏移距離，實(shí)現(xiàn)可編程控制的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線。
[0006]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]基于雙橫向PIN 二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線，包括:伺服電路、可編程電壓源和矩形波導(dǎo)，在矩形波導(dǎo)寬壁切割η個縫隙，η的取值范圍為8-64，每個縫隙中各放置一個雙橫向PIN 二極管(共有η個)。伺服電路對可編程電壓源進(jìn)行編程控制，使可編程電壓源輸出符合編程要求的4η路電壓；可編程電壓源輸出的4η路電壓分別與矩形波導(dǎo)縫隙中的η個雙橫向PIN 二極管相連，控制雙橫向PIN 二極管的不同部分導(dǎo)通與截止。
[0008]所述的矩形波導(dǎo)采用同軸線饋電，在波導(dǎo)寬壁切割η(8-64)個縫隙，縫隙間隔均勻或非均勻分布在波導(dǎo)寬壁中線兩側(cè)，各縫隙平行于矩形波導(dǎo)的長棱，并在每個縫隙處安裝一個雙橫向PIN 二極管。
[0009]所述的雙橫向PIN 二極管依次包括單晶硅襯底、絕緣埋層、本征硅區(qū)和表面鈍化層，在本征硅區(qū)和表面鈍化層的四角設(shè)有P注入?yún)^(qū)或N注入?yún)^(qū)，且相同注入?yún)^(qū)(P區(qū)或N區(qū))沿對角布置，在各注入?yún)^(qū)表面分別設(shè)置有一個金屬電極，每個雙橫向PIN 二極管共有4個電極，其中絕緣埋層是氮化鋁。
[0010]所述的雙橫向PIN 二極管等效為4個橫向PIN 二極管。當(dāng)橫向PIN 二極管兩端加正向偏置電壓(即P區(qū)電壓高于N區(qū)電壓一定數(shù)值)時(shí)，橫向PIN 二極管導(dǎo)通；當(dāng)橫向PIN二極管兩端加反向偏置電壓(即N區(qū)電壓大于等于P區(qū)電壓)時(shí)，橫向PIN 二極管截止。正向偏置的橫向PIN 二極管有一定數(shù)值的恒定電流流過，此時(shí)本征區(qū)含有一定數(shù)量的易于運(yùn)動的載流子，當(dāng)本征區(qū)載流子濃度達(dá)到118CnT3或以上時(shí)，此時(shí)本征區(qū)具有類金屬的導(dǎo)電特性。
[0011]所述可編程電壓源輸出的4n路電壓分別與η個雙橫向PIN 二極管中的4個電極共4η個電極分別連接。
[0012]所述的雙橫向PIN 二極管與波導(dǎo)縫隙之間設(shè)有隔離層，隔離層是二氧化硅。
[0013]所述的可編程電壓源控制雙橫向PIN 二極管的不同部分導(dǎo)通與截止，從而控制縫隙的長度、寬度和偏移距離，改變天線結(jié)構(gòu)和諧振腔，實(shí)現(xiàn)天線頻率可重構(gòu)。
[0014]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:
[0015]上述基于雙橫向PIN 二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線可以根據(jù)通信系統(tǒng)的需要，通過伺服電路對可編程電壓源輸出電壓的實(shí)時(shí)在線編程控制，控制雙橫向PIN 二極管的不同部分導(dǎo)通與截止，從而控制縫波導(dǎo)隙長度、寬度和偏移距離，實(shí)現(xiàn)頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線。從而降低傳統(tǒng)的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，降低通信系統(tǒng)的成本，且能夠根據(jù)通信系統(tǒng)的需要實(shí)時(shí)改變波導(dǎo)縫隙天線的工作頻率。
【附圖說明】
[0016]圖1是雙橫向PIN 二極管的三維立體示意圖。
[0017]圖2是雙橫向PIN 二極管的側(cè)視圖。
[0018]圖3是雙橫向PIN 二極管的俯視圖。
[0019]圖4是伺服電路和可編程電壓源。
[0020]圖5是切割完縫隙的波導(dǎo)三維立體示意圖。
[0021]圖6是切割完縫隙的波導(dǎo)俯視圖。
[0022]圖7是本發(fā)明提供的基于雙橫向PIN二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖8是矩形波導(dǎo)寬壁切割8個縫隙的基于雙橫向PIN 二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]如圖7所示，這種基于雙橫向PIN 二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線，它包括伺服電路1、可編程電壓源2、矩形波導(dǎo)3。在矩形波導(dǎo)3寬壁切割η個縫隙，η的取值范圍為8-64(參見圖5和圖6)，每個縫隙中各放置一個雙橫向PIN 二極管4，其中雙橫向PIN 二極管4的俯視圖如圖3所示。
[0027]為了表述方便，此例中假設(shè)在波導(dǎo)寬壁只切割了 8個縫隙301-308，如圖8所示，波導(dǎo)寬壁的縫隙平行于矩形波導(dǎo)的長棱，縫隙之間的縱向距離為λ/2，其中λ為波導(dǎo)波長；在縫隙301-308處各安裝一個雙橫向PIN 二極管4，雙橫向PIN 二極管4的長和寬分別等于對應(yīng)縫隙的長和寬；矩形波導(dǎo)采用同軸線饋電，其一端用于饋電，一端設(shè)置反射板。
[0028]如圖1至圖3所示，雙橫向PIN 二極管4包括單晶硅襯底41、絕緣埋層42、本征硅區(qū)43、P注入?yún)^(qū)(P區(qū))441和442、N注入?yún)^(qū)(N區(qū))451和452、表面鈍化層46和金屬電極47。
[0029]雙橫向PIN 二極管4可等效為4個橫向PIN 二極管，其各部分的尺寸如圖3所示。其中，由P區(qū)441、本征區(qū)IjP N區(qū)451構(gòu)成的PIN 二極管，長為L i+L2+L3，寬為W1;由P區(qū)442、本征區(qū)12和N區(qū)452構(gòu)成的PIN 二極管，長為L !+L2+!^寬為W3;由P區(qū)441、本征區(qū)I 3和N區(qū)452構(gòu)成的PIN 二極管，長為WAWJW3,寬為L1;由P區(qū)442、本征區(qū)14和N區(qū)451構(gòu)成的PIN 二極管，長為WAWfW3,寬為L3。
[0030]當(dāng)雙橫向PIN 二極管4中每個橫向PIN 二極管兩端加正向偏置電壓時(shí)(即P區(qū)電壓高于N區(qū)電壓一定數(shù)值時(shí))橫向PIN 二極管導(dǎo)通；當(dāng)每個橫向PIN 二極管兩端加反向偏置電壓時(shí)(即N區(qū)電壓大于等于P區(qū)電壓時(shí))橫向PIN 二極管截止。正向偏置的橫向PIN二極管有一定數(shù)值的恒定電流流過，此時(shí)本征區(qū)含有一定數(shù)量的易于運(yùn)動的載流子，當(dāng)本征區(qū)載流子濃度達(dá)到118CnT3或以上時(shí)，此時(shí)本征區(qū)具有類金屬的導(dǎo)電特性。
[0031]伺服電路I對可編程電壓源2進(jìn)行編程控制，使可編程電壓源2輸出符合編程要求的多路電壓；可編程電壓源3輸出的多路電壓與相應(yīng)的雙橫向PIN 二極管4相連(參見圖4)，可編程電壓源2輸出電壓Vy1與縫隙301處的第一個雙橫向PIN 二極管4的第一 P注入?yún)^(qū)(P區(qū))441相連，電壓Vy2與縫隙301處的雙橫向PIN 二極管4的第二 P注入?yún)^(qū)(P區(qū))442相連，電壓V1J1與縫隙301處的雙橫向PIN 二極管4的第一 N注入?yún)^(qū)(N區(qū))451相連，電壓\N2與縫隙301處的雙橫向PIN 二極管4的第二 N注入?yún)^(qū)(N區(qū))452相連。V 1；P1與Vy2不一定相等且V 1;Ν1與V ^不一定相等，其他雙橫向PIN 二極管的連接按此類推。通過控制雙橫向PIN 二極管4的不同部分導(dǎo)通與截止實(shí)現(xiàn)，控制矩形波導(dǎo)3的縫隙301-308的長度、寬度和偏移距離，具體變化，在下方敘述。實(shí)現(xiàn)基于雙橫向PIN 二極管的頻率可重構(gòu)波導(dǎo)縫隙天線。
[0032]為了表述方便，設(shè)所有波導(dǎo)縫隙301-308的長和寬均分別相等，所有雙橫向PIN 二極管4的長和寬分別相等。波導(dǎo)內(nèi)電磁波的傳播方向，沿301傳播到308，伺服電路I對可編程電壓源2進(jìn)行編程控制，使可編程電壓源2輸出32路電壓[Ip1 = V1，P2]-[V8，P1:V8，Ρ2]與[V1;N1:V1；N2]-[V8；N1:V8；N2]。以放置在矩形波導(dǎo)3縫隙301處的雙橫向PIN 二極管4為例，來說明其P注入?yún)^(qū)(P區(qū))441-442和N注入?yún)^(qū)(N區(qū))451-452上電極47的電壓大小關(guān)系?？删幊屉妷涸?輸出電壓\P1與縫隙301處的雙橫向PIN 二極管4的P注入?yún)^(qū)(P區(qū))441相連，電壓\P2與縫隙301處的雙橫向PIN 二極管4的P注入?yún)^(qū)(P區(qū))442相連，電壓V 1；N1與縫隙301處的雙橫向PIN 二極管4的N注入?yún)^(qū)(N區(qū))451相連，電壓V1,與縫隙301處的雙橫向PIN 二極管4的N注入?yún)^(qū)(N區(qū))452相連。若V1,P1M1J1, V1；P1>V1；N2, 丫…^…和VuPVu1，此時(shí)雙橫向PIN 二極管4全部導(dǎo)通，其本征區(qū)46中的IPI2、I3JP I4部分具有類金屬的導(dǎo)電特性，15部分不具有類金屬的導(dǎo)電特性，此時(shí)縫隙301的等效長度為L2，等效寬度為W2。與上述類似，使矩形波導(dǎo)3的縫隙302-308處的雙橫向PIN 二極管4的P注入?yún)^(qū)(P區(qū))441-442和N注入?yún)^(qū)(N區(qū))451-452上電極47的電壓也都滿足上述關(guān)系，此時(shí)縫隙302-308處的雙橫向PIN 二極管4都全部導(dǎo)通，縫隙302-308的等效長度都為L2，等效寬度都為W2，此時(shí)波導(dǎo)縫隙天線工作頻率為Π，Π與波導(dǎo)的共振腔有關(guān)，而共振腔與波