横向SPiN固态等离子体偶极子天线设计研究

发布时间：2017-09-28 17:36

  本文关键词：横向SPiN固态等离子体偶极子天线设计研究

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【摘要】：基于横向SPiN二极管构造的固态等离子体天线具有方向图,频率可重构等优于传统天线的独特优势,是实现天线小型化和提升雷达与无线通信系统性能的最佳有效技术途径。本文首先分析了横向SPiN二极管工作方式以及固态等离子体的产生及其微波特性。建立了基于SPiN二极管的固态等离子体偶极子天线模型,并应用HFSS仿真软件研究了工作频率为14GHz时,固态等离子体区域的横截面尺寸、电导率以及衬底的厚度、衬底电导率、器件间互联线的数量对天线性能的影响。仿真结果表明,当等离子体区域横截面形状为正方形时,天线的谐振频率与谐振点处的S11参数随着横截面边长的增加,呈现下降的趋势,而增益呈现增大的趋势,即随着横截面积的增大,天线的性能有所提升,当横截面为矩形时,与同面积的正方形截面天线相比,天线的性能参数基本不变;固态等离子体区域的电导率增加时,天线的性能有所改善,当增大到一定程度时,由于阻抗不匹配使得天线的性能下降;衬底的存在使得天线的谐振频率漂移量很大,且天线的谐振频率偏移量随着衬底厚度的增加而变大;随着衬底电导率的增加,天线的部分性能参数下降,高电阻率的硅衬底能得到相对较好的天线的性能;对互联器件间的短接线数量而言,在辐射振子臂长相等的条件下,当短接线的数量较少时,对天线谐振点的影响较大,随着短接线数量的进一步增加,达到一定数量,其对天线谐振点的影响极小可以忽略。基于上述仿真结果,设计了满足天线性能的SPiN二极管,i区宽度50μm、厚度为80μm,衬底硅厚度为500μm,掺杂区的掺杂浓度为1020cm-3,器件间的金属互联线长度为100μm。并利用该SPiN二极管设计了一款频率可重构的偶极子天线,经仿真验证,该天线的振子臂长度为2.3mm、3.6mm、4.7mm时,天线的工作频率分别为19.9GHz、14GHz、11.7GHz,可以实现频率可重构,并研究了实现SPiN固态等离子体天线的工艺,绘制了天线的版图,目前天线样品已经制备完成,正在进行测试。
【关键词】：SPiN二极管 固态等离子体 偶极子天线 可重构天线
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN821.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究背景及意义16-20
• 1.2 国内外研究概况20-22
• 1.3 论文的主要工作和安排22-24
• 第二章 SPiN二极管及其固态等离子体特性24-36
• 2.1 SPiN二极管结构及工作机制24-29
• 2.2 SPiN二极管固态等离子体特性29-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第三章 固态等离子体天线设计36-58
• 3.1 等离子体天线HFSS仿真模型36-41
• 3.1.1 仿真环境设置36-37
• 3.1.2 偶极子天线37-40
• 3.1.3 固态等离子体偶极子天线结构建模40-41
• 3.2 等离子体区域横截面积影响41-47
• 3.3 天线振子臂电导率对天线影响47-50
• 3.4 衬底对天线性能的影响50-54
• 3.4.1 衬底电导率变化的影响50-52
• 3.4.2 衬底厚度变化的影响52-54
• 3.5 器件互联线对天线影响54-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第四章 SPiN二极管固态等离子体偶极子天线设计58-74
• 4.1 SPiN二极管固态等离子体偶极子天线优化设计58-62
• 4.2 SPiN二极管固态等离子体偶极子天线工艺实现62-67
• 4.3 SPiN二极管固态等离子体偶极子天线版图设计67-70
• 4.4 SPiN二极管固态等离子体偶极子天线PCB测试板设计70-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 作者简介82-83

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本文编号：937179