頻率可重構天線及其制備方法技術

本發明專利技術針對現有技術中采用頻率可重構天線的無線通信裝置體積大的缺陷，提供一種能夠克服該缺陷的頻率可重構天線及其制備方法。本發明專利技術提供的頻率可重構天線包括：半導體襯底；形成于所述半導體襯底中的多個硅通孔，所述硅通孔中形成有天線元件；位于所述半導體襯底的一側上并用于實現各個天線元件之間的選擇性連接的多個第一開關；位于與所述半導體襯底的所述一側相對立的另一側上并用于與所述第一開關相配合來實現至少三個天線元件的串聯的多個第二開關和/或導線；以及用于接收/發射天線信號的輸入/輸出電路。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體領域，尤其涉及。
技術介紹
在無線通信裝置中，一般都包括用于發射和接收信號的天線。隨著高頻衛星通信系統、雷達和無線通信系統的飛速發展，對天線的要求也越來越高。一方面，需要使天線能夠工作在多個頻段，具有多種工作模式并具有很好的傳輸性能，另一方面又要減小天線的重量和體積。1983年，D.Schaubert首次提出頻率可重構天線的概念,頻率可重構天線通過改變天線的尺寸或者天線加載的電抗值來改變天線的頻率，這樣可以通過切換天線不同的狀態使天線具有多種工作頻率，從而有利于在傳輸中實現多種有效的分集。目前大多數頻率可重構天線設計都采用MEMS開關來實現頻率重構。與傳統的PIN 二極管開關和MESFET開關相比，MEMS開關具有低導通電阻、高斷開隔離度、低插入損耗和低寄生電容等優良的射頻特性及尺寸小等特點，使得它更適合應用于頻率可重構天線的設計。但是，由于天線通常都是位于半導體芯片的外部，所以頻率可重構天線與半導體芯片常常是預先分開制造并隨后被耦合在一起以得到最終所需的無線通信裝置，這使得最終得到的無線通信裝置的體積偏大。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術中采用頻率可重構天線的無線通信裝置體積大的缺陷，提供一種能夠克服該缺陷的。本專利技術提供一種頻率可重構天線，該頻率可重構天線包括:半導體襯底；形成于所述半導體襯底中的多個硅通孔，所述硅通孔中形成有天線元件；位于所述半導體襯底的一側上并用于實現各個天線元件之間的選擇性連接的多個第一開關；位于與所述半導體襯底的所述一側相對立的另一側上并用于與所述第一開關相配合來實現至少三個天線元件的串聯的多個第二開關和/或導線；以及用于接收/發射天線信號的輸入/輸出電路。本專利技術還提供一種制備頻率可重構天線的方法，該方法包括:在半導體襯底中形成多個硅通孔；在所述硅通孔中形成天線元件；在所述半導體襯底的一側上形成用于實現各個天線元件之間的選擇性連接的多個第一開關；在與所述半導體襯底的所述一側相對立的另一側上形成用于與所述第一開關相配合來實現至少三個天線元件的串聯的多個第二開關和/或導線；以及形成用于接收/發射天線信號的輸入/輸出電路。由于根據本專利技術的是在半導體襯底中的硅通孔中形成天線元件，并利用開關來實現天線工作頻率的可重構性，所以其至少具備以下優點:(O能夠與半導體制造工藝相兼容；(2)將天線元件集成在半導體襯底中的硅通孔中，使得天線元件與半導體芯片能夠被耦合在一個芯片中，從而有效地減小了天線的體積；(3)利用開關來控制天線元件之間的連接，從而控制天線的尺寸，使得能夠實現天線在不同的工作頻率之間進行切換。附圖說明附圖是用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本專利技術，但并不構成對本專利技術的限制。在附圖中:圖1是根據本專利技術一種實施方式的頻率可重構天線的剖面圖；圖2是根據本專利技術一種實施方式的目標中心頻率為2.5GHz的頻率可重構天線的俯視圖；圖3是根據本專利技術一種實施方式的目標中心頻率為2.5GHz的頻率可重構天線的另一俯視圖；圖4是根據本專利技術一種實施方式的目標中心頻率為5GHz的頻率可重構天線的俯視圖；圖5為根據本專利技術一種實施方式的制備頻率可重構天線的流程圖；以及圖6a_6g是在第一開關為微懸臂型MEMS開關的情況下根據本專利技術的頻率可重構天線的制備流程圖。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限制本專利技術。如圖1所示，根據本專利技術一種實施方式的頻率可重構天線包括:半導體襯底I ;形成于所述半導體襯底I中的多個硅通孔2，所述硅通孔中形成有天線元件3 ;位于所述半導體襯底I的一側上并用于實現各個天線元件3之間的選擇性連接的多個第一開關4 ;位于與所述半導體襯底I的所述一側相對立的另一側上并用于與所述第一開關4相配合來實現至少三個天線元件3的串聯的多個第二開關和/或導線5 ；以及用于接收/發射天線信號的輸入/輸出電路6。優選地，所述半導體襯底I并不局限于硅襯底，還可以為SOI (絕緣體上硅)襯底或其他襯底，只要所選擇的半導體襯底I適于在該半導體襯底I中的硅通孔2中制備天線元件3即可。另外，半導體襯底I的厚度優選可以在從25微米到300微米的范圍內變化，但是本領域技術人員應當理解，在實際應用中，半導體襯底I的厚度并不局限于上述的范圍，其還可以為其他數值，只要半導體工藝能夠實現即可。硅通孔2的直徑優選可以在從5微米到100微米的范圍內變化，但是本領域技術人員應當理解，在實際應用中，硅通孔2的直徑并不局限于上述的范圍，其還可以為其他數值，只要半導體工藝能夠實現即可。另外，硅通孔內部可以填充金屬或者其他用于形成天線元件3的材料。優選地，所述第一開關4和所述第二開關5可以為MEMS開關或其他類型的半導體開關，例如MESFET開關、PIN開關等，其中在圖1中是以壓阻型MEMS開關為例繪出了根據本專利技術的頻率可重構天線的剖面圖。優選地，所述MEMS開關可以包括并聯式MEMS開關和串聯式MEMS開關。優選地，所述頻率可重構天線還可以包括用于控制所述第一開關4和所述第二開關5的通斷的控制電路7 (未示出)?？梢酝ㄟ^控制第一開關4和第二開關5的通斷狀態來改變最終得到的天線的尺寸，進而改變天線的工作頻率。另外，位于與所述半導體襯底I的所述一側相對立的另一側上的用于與所述第一開關4相配合來實現至少三個天線元件3的串聯的所述多個第二開關和/或導線5可以僅是多個第二開關，也可以僅是多個導線，還可以是第二開關和導線的組合，當然，更優選地是，所述多個第二開關和/或導線5可以被設計成僅為多個導線5 (例如，圖1中示出了多個第二開關和/或導線5僅為導線的圖示)，從而可以通過只控制第一開關4的通斷來改變最終得到的天線的尺寸，以便進而改變天線的工作頻率。作為根據本專利技術的頻率可重構天線的一個實施例，假定無線通信系統需要實現2.5GHz,5GHzUOGHz和25GHz四個工作頻率的切換，則在此實施例中，四分之一波長分別為30mm、15mm、7.5mm和3mm,因此該實施例中四個工作頻率所對應的天線的目標長度分別為30mm、15mm、7.5mm和3mm。假定根據本專利技術的可重構天線中的娃通孔之間的間距為lOOum、高度為200um、孔徑為40um，則一個天線元件L形部分的長度為300um，因此上述四個工作頻率所對應的串聯L形天線元件3的數目分別為100、50、25和10個，圖2_4分別示出了目標中心頻率分別為2.5GHz和5GHz的頻率可重構天線的示意性俯視圖，而且為了能夠更清楚的示出天線元件3、第一開關4和第二開關和/或導線5之間的連接關系，在圖2-4中用虛線示出了在俯視觀察時看不到的第二開關和/或導線5。本領域技術人員應當理解的是，天線元件的布局是任意的，并不局限于圖2-4所示的布局。本專利技術還提供了一種制備根據本專利技術的頻率可重構天線的方法，如圖5所示，該方法包括:S51、在半導體襯底I中形成多個硅通孔2。其中，所述半導體襯底I并不局限于硅襯底，還可以為SOI襯底或其他襯底，只要所選擇的半導體襯底I適于在該半導體襯底I中的硅通孔2中制備天線元件3即可。另外，半導體襯底I的厚度優選可以在從2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種頻率可重構天線，該頻率可重構天線包括：半導體襯底；形成于所述半導體襯底中的多個硅通孔，所述硅通孔中形成有天線元件；位于所述半導體襯底的一側上并用于實現各個天線元件之間的選擇性連接的多個第一開關；位于與所述半導體襯底的所述一側相對立的另一側上并用于與所述第一開關相配合來實現至少三個天線元件的串聯的多個第二開關和/或導線；以及用于接收/發射天線信號的輸入/輸出電路。

【技術特征摘要】
1.一種頻率可重構天線，該頻率可重構天線包括: 半導體襯底； 形成于所述半導體襯底中的多個硅通孔，所述硅通孔中形成有天線元件； 位于所述半導體襯底的一側上并用于實現各個天線元件之間的選擇性連接的多個第一開關; 位于與所述半導體襯底的所述一側相對立的另一側上并用于與所述第一開關相配合來實現至少三個天線元件的串聯的多個第二開關和/或導線；以及 用于接收/發射天線信號的輸入/輸出電路。2.根據權利要求1所述的頻率可重構天線，其中，所述半導體襯底為硅襯底或SOI襯。3.根據權利要求1所述的頻率可重構天線，其中，所述第一開關和所述第二開關為MEMS開關、MESFET開關、PIN開關中的至少一者或其組合。4.根據權利要求3所述的頻率可重構天線，其中，所述MEMS開關包括并聯式MEMS開關和串聯式MEMS開關。5.根據權利要求1所述的頻率可重構天線，其中，所述頻率可重構天線還包括用于控制所述第一開關和所述第二開關的通斷...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡堅，魏體偉，王謙，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：