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天线作为无线通信系统中电磁波发射与接收的主要部件,它的性能对整个系统的工作能力起着重要的作用。本文提出了一种新型横向PIN管（Surface PIN,S-PIN）固态等离子体,并基于此S-PIN设计了几款频率可重构芯片天线。S-PIN固态等离子体基于硅基集成电路制造工艺,与PIN二极管不同之处在于能够形成类金属特性的等离子体通道,使固态等离子体天线具备低损耗、低成本等优点,同时能解决毫米波通信的挑战。本文具体工作内容和创新点有:1.根据国内目前的半导体工艺水平,提出一种新型双S-PIN固态等离子体。通过理论分析、COMSOL Multiphysics半导体仿真与CST STUDIO SUITE全波仿真,研究双S-PIN结构尺寸和硅片电阻率对固态等离子体区载流子浓度和功耗的影响,研究不同芯片硅基电阻率对双S-PIN微波传输特性的影响,优化得到适用于缝隙芯片天线的双S-PIN固态等离子体。2.研究本文提出的双S-PIN固态等离子体的电气特性,包括电势分布、载流子浓度、伏安特性、热分析和开关特性。仿真结果表明,当双S-PIN的偏置电压为1 V时,I区载流子浓度达到10188 cm-3,该新型双S-PIN固态等离子单元作为射频开关在0.1 GHz至30 GHz范围内插损小于1.3 dB,隔离度大于12.4 dB,与普通PIN管相比载流子浓度高、损耗低、可工作于毫米波并具有宽带特性。3.在双S-PIN固态等离子体的基础上,提出一款硅基X与Ka波段S-PIN频率可重构芯片天线单元与阵列。通过激发不同位置S-PIN的导通和截止,改变缝隙芯片天线有效长度,实现频率重构。研究直流偏置馈线、载流子浓度和芯片硅基电阻率对天线增益、副瓣电平、总辐射效率的影响,优化天线设计。仿真结果表明,天线阵列可在10 GHz和31 GHz切换,实现三倍频重构,两个工作频段带宽均大于6%,可实现增益大于10 dBi。制备X与Ka波段S-PIN固态等离子体频率可重构芯片天线样品,设计天线外围测试系统,测试了天线中双S-PIN单元的伏安特性,对测试结果进行数据分析并得到相关结论。4.提出一款X与Ku波段S-PIN固态等离子体频率可重构芯片天线,通过控制双S-PIN固态等离子体通断,调整天线阻抗匹配点,使天线的两个工作频段共用一个微带馈线,减小多个馈线之间的耦合。仿真结果表明,该款天线可在8.5 GHz和15.5 GHz切换,实现两倍频重构。