[发明专利]一种共口径频率可重构片上缝隙阵列天线及使用方法

说明书

一种共口径频率可重构片上缝隙阵列天线及使用方法。本发明公开了一种频率可重构的片上缝隙阵列天线，包括硅基可重构辐射器层、PCB馈线层、PCB与硅基辐射器的跳线连接结构和金属反射腔；硅基可重构辐射器层包括蚀刻了缝隙的金属层、跨接在金属层的缝隙中的若干表面P‑I‑N二极管(S‑PIN)单元、绝缘隔离层、S‑PIN直流偏置层以及本征硅介质层；PCB馈线层包括了与硅基可重构辐射器层相连接的直流引线、微波馈电装置以及用于硅基可重构辐射器层对齐的结构；反射面层采用金属盒体实现。本发明通过控制跨接在硅基可重构辐射器层上的金属缝隙中的S‑PIN单元的通断，控制阵列天线的工作频率和单元间距，最终实现缝隙阵列天线的频率可重构。同时，采用新型硅基S‑PIN偏置技术，提高可重构天线的辐射特性。

技术领域

本发明涉及一种频率可重构片上缝隙阵列天线，具体涉及一种采用硅基半导体S-PIN工艺技术的频率可重构片上缝隙阵列天线，属于可重构片上阵列天线技术领域。

背景技术

天线系统作为影响雷达系统和通讯系统性能的核心部件之一，其性能的优良对系统功能有着举足轻重的影响，此基础上，人们希望能用尽可能少的天线满足所有无线系统的要求，然而这些无线电系统的工作频率通常分布在很宽的频带内，实现很宽的频率跨度的可重构可以使得无线电系统的前端更加紧凑，整个系统更加小型化。此外，无线电系统通常采用阵列天线的形式作为无线电发射器。宽频率范围内的阵列天线由于可以满足未来通信系统的需求成为了研究热点和未来的发展趋势。

在共口径的前提下，传统的无线电系统的阵列天线覆盖较宽频带的方式是采用多层微带天线将不同频率的阵列天线放置于不同层面上，再在其中加入馈电装置，天线的结构过于复杂，不同频率之间的通道的互耦难以抑制，需要通过对天线结构实现可重构以满足在不同频率下使用需要。

传统实现天线可重构的方法是通过集总电调元件的加载无源天线结构来实现可重构，但所加载的集总元件数量有限，可重构的自由度低；同时，传统电可重构天线需要精心设计的外部直流偏置电路，否者偏置电路会干扰天线的正常工作，复杂的外部偏置电路会使得可重构天线的装配和调试变得困难。。

故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种频率可重构片上缝隙阵列天线，可以有效实现阵列缝隙天线的单元天线的工作频率、相位中心的可重构，使得阵列天线可以在较大的频率跨度上实现可重构。

本发明同时提供上述频率可重构片上缝隙阵列天线的使用方法。

技术方案：为达到上述目的，本发明共口径频率可重构片上缝隙阵列天线可采用如下技术方案：

一种共口径频率可重构片上缝隙阵列天线，包括从上到下依次层叠的硅基可重构辐射器层、PCB馈线层、反射腔体；所述硅基可重构辐射器层包括本征层、覆盖在本征层上的绝缘隔离层，覆盖在绝缘隔离层表面的金属层；所述本征层中设有缝隙，缝隙中设有若干个成一列排列的S-PIN单元以及给S-PIN单元提供直流偏置的金属跳线；通过使若干S-PIN单元中的一部分S-PIN单元导通、而另一个部分S-PIN单元截止，以控制阵列天线的工作频率和S-PIN单元间距，最终实现缝隙阵列天线的频率可重构。

有益效果：本发明通过将硅基可重构辐射器层中设置若干个成一列排列的S-PIN单元，通过对选择对部分S-PIN单元导通而部分S-PIN单元截止而实现缝隙阵列天线的频率可重构，同时可实现了电调结构与辐射结构的单片集成，大大提高了重构的自由度，同时将直流馈电与可重构辐射器一并设计于硅片之上，降低了偏置电路的复杂度和重构天线装配和调试的难度。

进一步的，所述S-PIN设置为N-P-N结构，即中间为P+区、P+区两侧为N+区，且P+区与N+区之间为I区；当激发指定的S-PIN导通时，将该指定的S-PIN中的P+区和N+区的载流子注入I区；原本呈现绝缘介质态的I区变成导通金属态。