[發明專利]基于等離子體的可編程電/磁調控多功能器件及實現方法

有效

• 申請號: 201710948041.7
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107863590B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 章海鋒;文永刁
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01P1/16
• 分類號: H01P1/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發明公開了一種基于等離子體的可編程電/磁調控多功能器件及實現方法，其結構包括單一的等離子體層，它由石英玻璃腔體、激勵用電極陣列、背部的電控磁鐵陣列（電控磁極陣列）及其內部的惰性氣體組成。用編程控制得到的非磁化等離子體與磁化等離子體薄層來構成多層結構，并以分形數列為規律迭代構成基于非磁化等離子體/磁化等離子體多層結構。該款基于單層等離子體的可編程電/磁調控多功能器件實現簡單，多功能集成于一體；且由單一的等離子體層構成，不含其它介質。通過對外部編程邏輯陣列的編程控制來實現對該器件功能間的切換，并易實現對工作頻率的調諧、結構緊湊、易實現芯片一體化設計和工作帶寬更寬等特點。

技術領域

本發明涉及一種基于等離子體的可編程電/磁調控多功能器件及實現方法，特別涉及一種基于單層等離子體的可編程電/磁調控多功能器件及實現方法，屬于電子通信、微波器件技術以及等離子體實用技術領域。

背景技術

隨著通信與信息技術的發展，人們對通信系統中微波組件和功能性器件提出更為苛刻的要求，過去功能單一的微波和射頻器件已經很難滿足現代通信系統的要求。功能單一的波導、全角反射器、模式分離器和隔離器已經不可能滿足現代通信系統的構架要求，功能單一器件構建通信系統，不得不面臨難以集成、電磁兼容性差和制作成本高等問題。另一方面，更為重要的是這些傳統功能第一的功能性器件也很難實現工作頻域的可調諧。換句話說，用頻率可重構和功能可重構的功能性器件來構建現代通信系統成為一種主流的發展方向。

隨著，人們對現代制造工藝、電子控制系統、計算技術和信息技術等相關領域的技術突破，使得通信系統中的功能性器件實現智能化、數字化和程序化控制成為了可能。這使得通信系統中的微波器件工作頻率范圍也可以從幾GHz到幾十GHz發展，還可以工作在毫米波，甚至還能工作在THz波段。通過程序化控制與計算技術相結合，使得通信系統中的微波器件或功能性器件能在實現功能重構的同時實現頻率可重構，并能便于集成，實現小型化和芯片化的一體設計，以達到降低成本、提高系統的自由度和易于編程控制等目的。

顯然，傳統的設計思路滿足上述要求。而用等離子體來構建通信系統中功能性器件則能夠滿足上述要求。等離子體在0.1GHz～1THz都能顯現出類似金屬的特性，且可以通過改變多種控制變量來改變其物理特性，如：激勵電壓、外加磁場、電子溫度和氣體壓強等。尤為值得一提的是等離子體在外磁場的作用下能產生較為復雜的磁光效應如：Faraday和Voigt效應等。尤其是等離子體在Voigt效應下，TE和TM波在通過等離子體時顯現出完全不同的介電常數，這意味著用等離子體本身而不需要引入其它介質就能完美的構建功能性器件，將低了制造的復雜度。這使得由等離子體參與構成的通信系統中的功能性器件有著更為廣泛的應用前景。另一方面，對于等離子體而言，當外部激勵電壓發生改變時不僅只能得到激勵和非激勵這兩種簡單的狀態，還能通過改變激勵電壓的大小來實現改變其等離子體密度(等離子體頻率)的大小。而不同模式電磁波在等離子體中傳播時的介電常數的大小也能通過外加磁場來改變。

因此，用單一的等離子體來設計和實現通信系統中多功能器件有著非常明顯的優勢。

發明內容