一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣及其控制方法，包括固態(tài)等離子體天線單元、上層介質(zhì)基板、微帶耦合饋線、底層介質(zhì)基板、接地金屬板；固態(tài)等離子體天線單元包括半導(dǎo)體等離子體單元、等離子體單元控制芯片、行控制線和列控制線；可以通過(guò)外圍控制電路對(duì)每個(gè)等離子體單元進(jìn)行獨(dú)立控制，形成不同形狀的等離子體天線單元，并實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)的重構(gòu)，天線結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，成本低廉，可以工作于1GHz-100GHz波段，突破了傳統(tǒng)氣體等離子體天線難以工作在較高頻段的局限，具有可以實(shí)現(xiàn)波束掃描和隱身性能好等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線和半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，具體涉及一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中，雷達(dá)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)是至關(guān)重要的。而天線作為雷達(dá)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生至關(guān)重要的影響；同時(shí)，由于天線的雷達(dá)散射截面(RCS)較大，也極易成為敵方發(fā)現(xiàn)和打擊的突出目標(biāo)。因此提高天線的性能指標(biāo)(包括隱身性能)具有重要的意義。
[0003]對(duì)傳統(tǒng)天線而言，為了達(dá)到最佳的發(fā)射和接收效果，通常不能采取外形和涂敷吸波材料等常規(guī)方法來(lái)進(jìn)行隱身，因而天線的RCS —般都很大，而成為整個(gè)系統(tǒng)隱身設(shè)計(jì)的瓶頸。此外，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械掃描天線，由于結(jié)構(gòu)固定，其電性能和電參數(shù)都是固定不可調(diào)的。由于其機(jī)械慣性而不能快速掃描，技術(shù)逐步落后。而相控陣的電掃描天線，由于技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，使得廣泛應(yīng)用受到限制。等離子體天線可以克服上述傳統(tǒng)機(jī)械天線的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性電掃描，也可以實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)和方向圖的重構(gòu)。同時(shí)，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可集成等眾多優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男略淼奶炀€。
[0004]如何將等離子天線用于高頻段的工作中，成為了現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的重要方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了解決現(xiàn)有技術(shù)中天線難以隱身的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)、電掃描和低成本，本發(fā)明提供一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣，解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0006]技術(shù)方案:一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣，其特征在于，包括固態(tài)等離子體天線單元、上層介質(zhì)基板、微帶耦合饋線、底層介質(zhì)基板、接地金屬板；
[0007]所述固態(tài)等離子體天線單元包括半導(dǎo)體等離子體單元、等離子體單元控制芯片、行控制線和列控制線；其中，半導(dǎo)體等離子體單元由上至下依次包括絕緣層、重?fù)诫sP層、低摻雜I層、重?fù)诫sN層和絕緣層，絕緣層中間嵌有電極；重?fù)诫sP層、低摻雜I層和重?fù)诫sN層組合為PIN結(jié)構(gòu)；
[0008]重?fù)诫sP層和重?fù)诫sN層通過(guò)電極與行控制線、列控制線和等離子體單元控制芯片相連。
[0009]作為優(yōu)選，所述固態(tài)等離子體天線單元為圓形、正方形或長(zhǎng)方形等，可構(gòu)成圓形微帶貼片，矩形微帶貼片或印刷偶極子天線陣等，以滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)天線不同輻射特性的要求。
[0010]一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣的控制方法，其特征在于，通過(guò)等離子體單元控制芯片、電極、行控制線和列控制線，對(duì)天線單元上不同空間位置處的重?fù)诫sP層和重?fù)诫sN層實(shí)施饋電控制，在P-N電極正向偏壓情況下，激發(fā)低摻雜I層，使半導(dǎo)體等離子體單元工作于等離子狀態(tài)；通過(guò)外圍控制系統(tǒng)對(duì)編碼器和鎖存器的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)半導(dǎo)體等離子體單元中低摻雜I層的控制；
[0011]通過(guò)激發(fā)不同位置的低摻雜I層，實(shí)現(xiàn)固態(tài)等離子體天線單元形狀的改變；通過(guò)改變固態(tài)等離子體天線單元的偏移位置及相鄰固態(tài)等離子體天線單元間的距離，控制天線單元的信號(hào)的幅度和相位，實(shí)現(xiàn)天線的方向圖重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性電掃描。
[0012]有益效果:本發(fā)明的全固態(tài)可重構(gòu)等離子體臨近耦合隱身天線陣列，可以通過(guò)外圍控制電路對(duì)每個(gè)等離子體單元進(jìn)行獨(dú)立控制，形成不同形狀的等離子體天線單元，并實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。因此，全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣具有極大的設(shè)計(jì)自由度。在一些特殊應(yīng)用中，要求天線有很大的方向性和很大的增益，此時(shí)可以通過(guò)增加天線單元個(gè)數(shù)，按照一定方式排列以組成更大的天線線陣或者面陣。此外，全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線的輻射單元為砷化鎵，未激勵(lì)等時(shí)，砷化鎵主要表現(xiàn)為介質(zhì)屬性，其RCS遠(yuǎn)小于金屬天線的RCS，可以起到隱身的作用。同時(shí)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，成本低廉可以工作于lGHz-lOOGHz波段，該突破了傳統(tǒng)氣體等離子體天線難以工作在較高頻段的局限，具有可以實(shí)現(xiàn)波束掃描和隱身性能好等特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的俯視圖
[0014]圖2為固態(tài)等離子天線單元的局部放大圖
[0015]圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖
[0016]圖4為半導(dǎo)體等離子體單元的局部放大圖
[0017]圖5為輻射單元控制系統(tǒng)工作示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0019]如圖1和圖3所示，一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣，包括固態(tài)等離子體天線單元2、上層介質(zhì)基板3、微帶耦合饋線4、底層介質(zhì)基板5、接地金屬板6 ；
[0020]如圖2所示，所述固態(tài)等離子體天線單元2包括半導(dǎo)體等離子體單元1、等離子體單元控制芯片7、行控制線8和列控制線9 ;其中，如圖4所示，半導(dǎo)體等離子體單元I由上至下依次包括絕緣層10、重?fù)诫sP層12、低摻雜I層11、重?fù)诫sN層13和絕緣層10，絕緣層10中間嵌有電極14 ;重?fù)诫sP層12、低摻雜I層11和重?fù)诫sN層13組合為PIN結(jié)構(gòu)；
[0021]重?fù)诫sP層12和重?fù)诫sN層13通過(guò)電極14與行控制線8、列控制線9和等離子體單元控制芯片7相連。
[0022]固態(tài)等離子體天線單元2為圓形、正方形或長(zhǎng)方形等；也包括開(kāi)槽、過(guò)孔及簡(jiǎn)單的形狀改變等。并且可以通過(guò)增加天線單元個(gè)數(shù)，按照一定方式排列以組成更大的天線線陣、面陣。
[0023]通過(guò)等離子體單元控制芯片7、電極14、行控制線8和列控制線9，對(duì)天線單元2上不同空間位置處的重?fù)诫sP層12和重?fù)诫sN層13實(shí)施饋電控制，在P-N電極正向偏壓情況下，激發(fā)低摻雜I層11，使半導(dǎo)體等離子體單元I工作于等離子狀態(tài)；如圖5所示，通過(guò)外圍控制系統(tǒng)對(duì)編碼器和鎖存器的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)半導(dǎo)體等離子體單元I中低摻雜I層11的控制；通過(guò)激發(fā)不同位置的I層11單元，實(shí)現(xiàn)固態(tài)等離子體天線單元I形狀的改變。
[0024]通過(guò)外圍控制系統(tǒng)可以獨(dú)立地控制每一個(gè)半導(dǎo)體等離子體單元1，當(dāng)通過(guò)電極給PIN結(jié)構(gòu)(包含P層I層和N層)加正向偏壓后，將在I層激發(fā)一定密度的電荷載流子，從而形成類(lèi)似金屬良導(dǎo)體的半導(dǎo)體等離子體單元，若干個(gè)被激發(fā)的I層可以組成固態(tài)等離子體天線單元2，而未被激發(fā)的區(qū)域表現(xiàn)為介質(zhì)屬性。其RCS遠(yuǎn)小于金屬天線的RCS，可以起到隱身的作用。
[0025]通過(guò)激發(fā)不同位置的低摻雜I層11，實(shí)現(xiàn)固態(tài)等離子體天線單元2形狀的改變；通過(guò)改變固態(tài)等離子體天線單元2的偏移位置及相鄰固態(tài)等離子體天線單元2間的距離，控制天線單元的信號(hào)的幅度和相位，實(shí)現(xiàn)天線的方向圖重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性電掃描。
[0026]固態(tài)等離子體構(gòu)成了電磁波輻射器，可工作于lGHz-lOOGHz波段，突破了傳統(tǒng)氣體等離子體天線難以工作在較高頻段的局限。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣，其特征在于，包括固態(tài)等離子體天線單元(2)、上層介質(zhì)基板(3)、微帶耦合饋線(4)、底層介質(zhì)基板(5)、接地金屬板(6)； 所述固態(tài)等離子體天線單元(2)包括半導(dǎo)體等離子體單元(I)、等離子體單元控制芯片(7)、行控制線(8)和列控制線(9);其中，半導(dǎo)體等離子體單元(I)由上至下依次包括絕緣層(10)、重?fù)诫sP層(12)、低摻雜I層(11)、重?fù)诫sN層(13)和絕緣層(10)，絕緣層(10)中間嵌有電極(14);重?fù)诫sP層(12)、低摻雜I層(11)和重?fù)诫sN層(13)組合為PIN結(jié)構(gòu)； 重?fù)诫sP層(12)和重?fù)诫sN層(13)通過(guò)電極(14)與行控制線(8)、列控制線(9)和等離子體單元控制芯片(7)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣，其特征在于，所述固態(tài)等離子體天線單元(2)為圓形、正方形或長(zhǎng)方形。
3.一種全固態(tài)等離子體臨近耦合隱身天線陣的控制方法，其特征在于，通過(guò)等離子體單元控制芯片(7)、電極(14)、行控制線⑶和列控制線(9)，對(duì)天線單元⑵上不同空間位置處的重?fù)诫sP層(12)和重?fù)诫sN層(13)實(shí)施饋電控制，在P-N電極正向偏壓情況下，激發(fā)低摻雜I層(11)，使半導(dǎo)體等離子體單元(I)工作于等離子狀態(tài)；通過(guò)外圍控制系統(tǒng)對(duì)編碼器和鎖存器的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)半導(dǎo)體等離子體單元(I)中低摻雜I層(11)的控制； 通過(guò)激發(fā)不同位置的低摻雜I層(11)，實(shí)現(xiàn)固態(tài)等離子體天線單元(2)形狀的改變；通過(guò)改變固態(tài)等離子體天線單元(2)的偏移位置及相鄰固態(tài)等離子體天線單元(2)間的距離，控制天線單元的信號(hào)的幅度和相位，形成天線的方向圖重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性電掃描。
【文檔編號(hào)】H01Q1/52GK104241851SQ201410413660
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】劉少斌, 周永剛, 陳鑫, 陳琳, 謝倩倩, 余志洋, 張博 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)