固态等离子体重构天线设计与实现

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1、中图分类号：TN827论文编号：102870416-S020学科分类号：080904硕士学位论文固态等离子体重构天线设计与实现研究生姓名余志洋学科、专业电磁场与微波技术研究方向天线理论与技术指导教师刘少斌教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringDesignandimplementation

2、oftheReconfigurableSolidStatePlasmaAntennasAThesisinElectronicsScienceandTechnologybyYUzhiyangAdvisedbyProf.ShaobinLiuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch，2016承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标

3、注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要近些年随着可重构天线在无线通讯领域的迅猛发展，天线的性能指标也需随之不断提升。本文依据固态等离子体理论、半导体理论和天线基本理论，对固态等离子体天线的重要组成部分-P

4、IN单元(包括横向PIN和垂直结构PIN)进行了建模仿真和特性分析，并设计了几款可重构天线，具体工作内容和创新点有：固态等离子体天线中的PIN单元与常规PIN二极管开关不同，是一种类似PIN结构的限幅器，通过直流电压的控制，能够在高阻半导体表面形成具有类金属特性的等离子体通道。本文对固态等离子体天线的关键组成部分-横向PIN(Surface-PIN,S-PIN)单元在不同结构/材料下进行了建模仿真和物理特性分析。设计了一款以GaAs为衬底的S-PIN固态等离子体方向图可重构阵列天线，该阵列天线使用S-PIN固态等离

5、子体代替金属组成天线阵的辐射面和馈电网络，以准八木天线为基本线阵单元结构，通过激发不同位置的S-PIN来改变天线阵的馈电网络，实现线阵辐射方向的可重构。通过参数优化，该款天线阵可在五个辐射方向之间切换工作，分别为：-45、-20、0、+20和+45。根据实际半导体工艺要求，对以GaAs为衬底的垂直结构PIN单元（GaAs-PIN）进行建模仿真，分析其伏安特性和载流子随外加偏置电压的变化特性。在此基础上，设计了一款固态等离子体频率可重构天线，通过激发不同位置的GaAs-PIN单元，从而改变天线辐射面的长度，

6、最终实现天线工作频率的可重构。该款天线可在三个频段之间切换工作，分别为：2.4GHz、2.78GHz和3.07GHz。设计了一款以GaAs-PIN为基本辐射单元的固态等离子体可重构阵列天线，实现了天线阵在0和50两种辐射方向下的切换。优化设计天线中的GaAs-PIN单元控制线，对天线中GaAs-PIN单元外接控制电路和PCB版图的进行联合仿真，做出天线实物。构建天线的外围测试系统，测试了天线中GaAs-PIN单元的伏安特性和天线的回波损耗，对测试结果进行数据分析并得出相关结论。关键词：GaAs，固态等离子体，天

7、线，可重构，S-PIN，天线阵I固态等离子体重构天线设计与实现ABSTRACTWiththeexponentialgrowthinthedevelopmentofreconfigurableantennasinrecentyears,peopleputforwardmoreandmorerequirementsontheperformanceofantenna.Wereportonsomeinnovativereconfigurableantennaswithsolid-stateofplasmathatareac

8、tivatedbytheinjectionofdccurrent,whicharebasedthetheoriesofantenna,solidstateplasmaandsemiconductor,thepropertiesofthePINdiodes(includingtheS-PINandtheverticalstructurePIN)havebeen