基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线制造技术

一种基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线。该天线包括：伺服电路、可编程电压源和天线阵，所述的天线阵是由网格形横向PIN二极管构成；网格形横向PIN二极管由2M行2N列的横向PIN二极管构成，共包含8MN‑2N‑2M个横向PIN二极管；伺服电路通过编程对可编程电压源进行控制，使可编程电压源输出符合编程要求的多路电压；可编程电压源能够为网格形横向PIN二极管中相应的横向PIN二极管加上电压，控制该横向PIN二极管的导通与截止，可实现可编程控制的频率可重构天线、可编程控制的方向图可重构天线和可编程控制的直线阵天线或平面阵列天线。本发明专利技术实现了基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线。

Programmable control reconfigurable antenna based on grid shaped transverse PIN diode

Programmable control reconfigurable antenna based on grid shaped transverse PIN diode. The antenna includes a servo circuit, programmable voltage source and antenna array, antenna array which is composed of a grid shaped lateral PIN diode; a grid shaped lateral PIN diode by 2M 2N column lateral PIN diode consists of 8MN, 2N 2M lateral PIN diode; servo circuit through the programming of the programmable voltage source control, the programmable voltage source output meets the requirements of multi voltage programming; programmable voltage source to the grid shaped lateral PIN diode corresponding lateral PIN diode with voltage, conduction and cut-off control of the lateral PIN diode, can realize the programmable control of the frequency reconfigurable antenna, pattern reconfigurable antenna programming control and programmable control of the linear array antenna or planar array antenna. The invention realizes a programmable control reconfigurable antenna based on a grid shaped transverse PIN diode.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件领域和天线领域，特别涉及利用半导体器件实现可编程控制的可重构天线。
技术介绍
近年来，高频卫星通信系统、雷达、无线通信系统，尤其是全球4G网络建设的飞速发展，要求系统中的天线能够实现动态可重构和提供高达千兆级(GbpS)的数据传输速率。硅基等离子天线(Silicon-based Plasma Antenna)可用于下一代通信系统、高速无线设备与系统、低成本汽车雷达系统、毫米波成像系统、智能天线和军用雷达隐形等，在民用和军用方面都有重要的应用价值。为了降低通信系统的成本、减轻重量、避免多个天线之间的电磁兼容问题，可重构天线的概念被提出并得到蓬勃发展。可重构的天线可以具有多个传统天线的功能，将大大减少整个通信系统中的天线数量。为了增强天线的方向性，提高天线的增益和方向系数，或者为了得到所需要的辐射特性，可以采用天线阵以形成阵列天线。硅基等离子天线是单晶硅片上横向PIN二极管的集合体。横向PIN二极管由三个区组成，掺杂浓度很高的P型区和N型区以及夹在两者之间的本征区。对横向PIN二极管施加直流电压，使P区电压高于N区电压一定数值形成正向偏置。正向偏置的横向PIN二极管有一定数值的恒定电流流过，此时本征区含有一定数量的易于运动的载流子，这些易于运动的载流子可等效为“等离子”。正向偏置的横向PIN二极管的本征区从导电特性上可等效为带有大量自由电子的导体，因此横向PIN二极管可以用作设计天线。横向PIN二极管两端的正向偏置电压消失后中间的等离子区消失，横向PIN二极管停止工作，可通过控制横向PIN二极管两端的正向偏置电压来控制横向PIN二极的导通与截止。因此一种全新的具有良好隐身性和快速动态可重构性的硅基等离子天线的概念被提出，且已经通过实验验证。硅基等离子体天线是天线领域的一个新的研究热点。
技术实现思路
本专利技术目的是解决天线隐身、信息系统的天线数量和天线的可重构问题，提供一种基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线，通过控制网格形横向PIN二极管的导通与截止可实现可编程控制的频率可重构天线、可编程控制的直线阵天线和可编程控制的平面阵列天线。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线，包括：伺服电路、可编程电压源和天线阵；所述的天线阵是由网格形横向PIN二极管构成；网格形横向PIN二极管是由2M行2N列的横向PIN二极管构成，共包含8MN-2N-2M个横向PIN二极管，网格形横向PIN二极管中的每个网格由4个横向PIN二极管构成，且相邻网格的横向PIN二极管共用，每个网格的4个顶点各设有一个电极；所述伺服电路与可编程电压源连接，控制可编程电压源输出2M×2N路电压；可编程电压源输出的2M×2N路电压分别记为V1,1，V1,2，…，V1,2N；V2,1，V2,2，…，V2,2N；……；V2i-1,1，V2i-1,2，…，V2i-1,2N；V2i,1，V2i,2，…，V2i,2N；……；V2M-1,1，V2M-1,2，…，V2M-1,2N；V2M,1，V2M,2，…，V2M,2N。同时，为了表述方便，按照排列方式不同对网格形横向PIN二极管中的各横向PIN二极管进行区分，可分为横向排列的横向PIN二极管(R)与纵向排列的横向PIN二极管(L)。横向排列的横向PIN二极管中：把与电极Vp,q和Vp,q+1相连的横向PIN二极管标记为Rp,q，共4MN-2M个。纵向排列的横向PIN二极管中：把与电极Vp,q和Vp+1,q相连的横向PIN二极管标记为Lp,q，共4MN-2N个。可编程电压源输出的电压与相同编号的横向PIN二极管的电极用导线连接在一起；可编程电压源输出的2M×2N路电压可以控制8MN-2N-2M个横向PIN二极管的导通与截止。所述的横向PIN二极管依次包括单晶硅衬底、绝缘埋层、本征硅区和表面钝化层，在本征硅区和表面钝化层的两端分别为P注入区(P区)和N注入区(N区)，P注入区和N注入区的上方各设有一个金属电极(参见2015101654892号，可编程控制的可重构天线)。所述网格形横向PIN二极管中的横向PIN二极管两端加正向偏置电压(即P区电压高于N区电压一定数值)时横向PIN二极管导通；当横向PIN二极管两端加反向偏置电压(即N区电压大于等于P区电压)时横向PIN二极管截止。正向偏置的横向PIN二极管有一定数值的恒定电流流过，此时本征区含有一定数量的易于运动的载流子。已证明，当本征区载流子浓度需达到1018cm-3或以上时，此时本征区具有类金属的导电特性。正向偏置的横向PIN二极管可以用来设计各种天线，或作为天线阵的基本天线单元。所述的网格形横向PIN二极管，由8MN-2N-2M个横向PIN二极管排列成2M行2N列的网格形状。所述的2M行2N列网格形横向PIN二极管中的各横向PIN二极管的本征区的长度和宽度可以相同也可以不同。所述的网格形横向PIN二极管中，第2i-1行和第2j-1列的横向PIN二极管的公共部分为P注入区，其电极记为V2i-1,2j-1，第2i行和第2j列的横向PIN二极管的公共部分为P注入区，其电极记为V2i,2j；第2i行和第2j-1列的横向PIN二极管的公共部分为N注入区，其电极记为V2i,2j-1，第2i-1行和第2j列的横向PIN二极管的公共部分为的N注入区，其电极记为V2i-1,2j。(即对于Vp,q来说，若下角标p，q之和为偶数时，对应的是P注入区的电势；若下角标p，q之和为奇数时，对应的是N注入区的电势，其中p＝1,2……2M；q＝1,2,……2N)相邻的P注入区和N注入区由本征区连接，构成一个横向PIN二极管，其中i＝1,2,……,M，j＝1,2,……,N。所述的可编程电压源在伺服电路的编程控制下，可以实时在线编程输出2M×2N路电压，对可编程电压源输出的2M×2N路电压分别进行编号，分别为V1,1，V1,2，…，V1,2N；V2,1，V2,2，…，V2,2N；……；V2i-1,1，V2i-1,2，…，V2i-1,2N；V2i,1，V2i,2，…，V2i,2N；……；V2M-1,1，V2M-1,2，…，V2M-1,2N；V2M,1，V2M,2，…，V2M,2N。同时，为了表述方便，按照排列方式不同对网格形横向PIN二极管中的各横向PIN二极管进行区分，可分为横向排列的横向PIN二极管(R)与纵向排列的横向PIN二极管(L)。横向排列的横向PIN二极管中：把与电极Vp,q和Vp,q+1相连的横向PIN二极管标记为Rp,q，共4MN-2M个。纵向排列的横向PIN二极管中：把与电极Vp,q和Vp+1,q相连的横向PIN二极管标记为Lp,q，共4MN-2N个(其中p＝1,2……2M；q＝1,2,……2N)。可编程电压源输出的电压与相同编号的横向PIN二极管的电极用导线连接在一起。可编程电压源的每一路输出电压和相应的横向PIN二极管的电极相连接，控制横向PIN二极管的导通与截止，可实现可编程控制的频率可重构天线、可编程控制的直线阵天线和可编程控制的平面阵列天线。本专利技术的优点和有益效果：上述基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线可以根据通信系统的需要，通过伺服电路对可编程电压源输出电压的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线，包括：伺服电路、可编程电压源和天线阵，其特征在于，所述的天线阵是由网格形横向PIN二极管构成；所述网格形横向PIN二极管是由2M行2N列的横向PIN二极管构成，共包含8MN‑2N‑2M个横向PIN二极管；网格形横向PIN二极管中的每个网格由4个横向PIN二极管构成，且相邻网格的横向PIN二极管共用，每个网格的4个顶点各设有一个电极；所述伺服电路对可编程电压源进行编程控制，使可编程电压源输出符合编程要求的2M×2N路电压；可编程电压源输出的2M×2N路电压分别与网格形横向PIN二极管中相应的(2M‑1)×(2N‑1)个网格上的2M×2N电极相连，即可编程电压源输出的电压与相同编号的横向PIN二极管的电极用导线连接在一起，控制各网格上的横向PIN二极管的导通与截止。

【技术特征摘要】
1.基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线，包括：伺服电路、可编程电压源和天线阵，其特征在于，所述的天线阵是由网格形横向PIN二极管构成；所述网格形横向PIN二极管是由2M行2N列的横向PIN二极管构成，共包含8MN-2N-2M个横向PIN二极管；网格形横向PIN二极管中的每个网格由4个横向PIN二极管构成，且相邻网格的横向PIN二极管共用，每个网格的4个顶点各设有一个电极；所述伺服电路对可编程电压源进行编程控制，使可编程电压源输出符合编程要求的2M×2N路电压；可编程电压源输出的2M×2N路电压分别与网格形横向PIN二极管中相应的(2M-1)×(2N-1)个网格上的2M×2N电极相连，即可编程电压源输出的电压与相同编号的横向PIN二极管的电极用导线连接在一起，控制各网格上的横向PIN二极管的导通与截止。2.根据权利要求1所述的基于网格形横向PIN二极管的可编程控制的可重构天线，其特征在于，所述的网格中的各横向PIN二极管的本...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会刚，华国亮，崔锦韬，韩荣坤，冯钊，任立儒，张福海，耿卫东，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12