随着信息化技术的不断发展及其在军事和民用领域的广泛应用,使得人们对信息的获取提出了更高的要求。天线作为无线通信系统中电磁波发射与接收的主要部件,它的性能对整个通信系统的工作能力起着重要的作用。然而,传统的天线通常采用金属材料,由于具有较大的雷达反射截面（RCS）,很容易被侦察系统定位跟踪,大大地降低了其生存能力。因此,对天线进行有效的隐身是提高通讯系统作战能力的核心所在。同时,天线的物理结构直接决定其工作辐射性能,只要物理结构确定,它的工作模式也就随之确定,那么天线只能某个实现特定领域的应用,不能实现可重构。为此,具有特定的隐身和可重构特性的硅基固态等离子体天线被提出,其具有众多独特的优势,在未来的通讯领域具有极大的发展空间和应用前景。横向SPiN二极管是硅基天线最基本的构成单元,本文重点针对SPiN在大注入条件下的固态等离子体浓度分布特性,固态等离子体的微波传输特性,固态等离子体可重构天线的实现三个方面进行了深入的研究。主要研究工作及成果为:1.天线辐射单元SPi N二极管本征区的固态等离子体浓度分布特性研究。通过分析大注入条件下SPiN二极管的工作特性,基于电子与空穴连续性方程,建立了一维的固态等离子体浓度分布模型,并根据模型探讨了本征区长度、P⁺与N⁺区掺杂浓度、外加电压与固态等离子体浓度的关系。模型计算与器件仿真结果符合较好,证明了固态等离子体浓度分布模型的准确性。2.固态等离子体的复电导率特性研究。通过分析SPiN二极管本征区固态等离子体浓度二维分布特性,建立了电磁波作用下固态等离子体的复电导率分布模型,研究发现,当外界电磁波与固态等离子体相互作用时,固态等离子体的电导率由实数转化为复数,而且电导率的实部和虚部与固态等离子体浓度在本征区具有相似的分布形式,并在此基础上探索了电导率的实部和虚部与弛豫时间、固态等离子体浓度、电磁波频率三者之间的变化趋势。电导率的特性研究能够为天线的设计提供理论指导。3.固态等离子体的复介电常数与电磁波在固态等离子体中的趋肤深度特性研究。通过分析谐振子在电磁波作用下的运动规律,建立了固态等离子体的复介电常数模型,研究发现,介电常数的实部主要与固态等离子体的浓度相关,基本不随电磁波频率的改变而发生变化,然而,其虚部值却随电磁波谐振频率的增加而下降。电磁波在固态等离子体中的趋肤深度随着电磁波频率的升高而减小,且固态等离子体的浓度越高,趋肤深度越小。4.固态等离子体碰撞频率特性研究。通过分析固态等离子体迁移率的散射机制,并基于二维的固态等离子体浓度分布,分别建立了同质与Si_1-χ’Ge_χ’/Si异质SPiN二极管本征区固态等离子体的碰撞频率模型。研究发现,碰撞频率与固态等离子体浓度呈现完全相反的分布趋势,即固态等离子体浓度较高的区域,碰撞频率值越低。异质SPiN二极管与同质二极管相比,由于本征区的固态等离子体浓度较高,故碰撞频率值较低。同时,通过调节Si_1-χ’Ge_χ’合金中Ge组分含量可以使得碰撞频率在本征区呈现均匀分布。碰撞频率理论模型的研究能够为后续天线的设计与实现提供理论指导作用。5.固态等离子体偶极子可重构天线研究。通过对影响偶极子天线辐射特性的参数进行仿真分析,得到了偶极子天线的最优化参数,优化参数与前面章节通过物理模型得到的参数相吻合,验证了理论模型的准确性。并且基于硅工艺技术,制备了实现三个频点可重构的偶极子天线样品,样品测试结果与仿真结果基本吻合,验证了固态等离子体天线理论的正确性。6.固态等离子体环形可重构全息天线研究。通过分析全息天线的工作机理,利用天线仿真软件对基于SPiN二极管的固态等离子体环形全息天线进行了结构建模,并对影响天线辐射特性的天线结构参数进行了仿真优化。研究发现,基于最优化参数构建的固态等离子体频率可重构全息天线可以在63.8GHz、58.8GHz、54.3GHz三个频率点实现重构,最佳辐射效率能够达到83%,验证了固态等离子体全息天线的可行性。