[發明專利]太赫茲電控諧振切換式超表面相移裝置

有效

• 申請號: 201910568565.2
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110444889B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 蘭峰;尹婧;王祿煬;曾泓鑫;羅峰;楊梓強;史宗君
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q3/36
• 分類號: H01Q3/36;H01Q15/00
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 劉勛

太赫茲電控諧振切換式超表面相移裝置，涉及超材料以及電磁功能器件領域。本發明包括自下而上逐層設置的金屬底板、介質基板和相移結構層，所述相移結構層包括以M×N正交陣列方式設置的相移單元，每個相移單元包括一個矩形開口諧振環，諧振環的開口位于其所在邊的中點位置，在諧振環的開口處，諧振環的的兩個端點各自與一個長方形金屬條連接，連接點位于長方形金屬條的長邊的中心，長方形金屬條長邊垂直于開口所在的諧振環的邊；在開口處的兩個長方形金屬條之間，介質基板的上表面設置有歐姆貼片。本發明相移范圍擴大至330度，進一步提高器件的集成度以及陣列的控制精度。

技術領域

本發明涉及超材料以及電磁功能器件領域。

技術背景

太赫茲(Terahertz,THz)波是一種亟待開發的新型電磁波譜，通常指頻率介于0.1THz～10THz范圍內的電磁波。該頻率范圍位于毫米波與紅外、光之間，具有許多獨特的電磁特性。因而使其在物理、化學、電子信息、成像、生命科學、材料科學、天文學、大氣與環境監測、國家安全與反恐、通信與雷達等領域具有極其重要的潛在利用價值。

相控天線陣具有波掃描更靈活、抗干擾性能更強等優勢。移相器作為相控天線陣的關鍵組件，其性能直接決定相控陣的性能，因此研究高性能的移相器對研究低損耗高性能的太赫茲波段相控天線陣具有極其重要的現實意義。傳統移相器一般基于鐵氧體材料、正-本征-負二極管、場效應晶體管等開關陣列來實現。鐵氧體材料體積大、成本高且不易于集成，而半導體開關的損耗大、線性度差等問題阻礙了移相器在太赫茲波段的應用。人工微結構結合相變材料是一種新型亞波長周期性人工結構材料，具有可設計性和可調控性的特點，可以通過改變其相變材料的狀態特性，來調控它對電磁波的響應強度和頻譜范圍。

近年來隨著半導體材料及技術的發展，電控晶體管展現出了卓越的表現，成為了當今微電子產業的核心。微結構陣列是指將具有特定幾何形狀的宏觀基本單元諧振結構周期性或非周期性地排列所構成的一種人工電磁周期陣列結構，可通過人為地設計諧振單元，控制其對外加電磁場的響應特性以及電磁特性，人工微結構目前包含頻率選擇表面結構(FSS)、人工超材料(metamaterial)等。隨著近代微細加工技術的發展，人工微結構在無源功能器件的發展中起到了巨大的推動作用，在微波毫米波段、太赫茲波段以及光波段都研制出多種相關功能器件。

針對現有技術的缺陷和需求，本發明基于HEMT晶體管-超表面微結構復合陣列實現單元相位調制，采用外部電控手段控制復合超表面微結構陣列的電子氣特性和諧振模式對太赫茲波進行相位調控，是目前國際該方向最前沿的研究之一，也是實現先進掃描技術的全新途徑。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種結構簡單、易加工、損耗小的可調控相移陣列。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是，太赫茲電控諧振切換式超表面相移裝置，其特征在于，包括自下而上逐層設置的金屬底板、介質基板和相移結構層，

所述相移結構層包括以M×N正交陣列方式設置的相移單元，每個相移單元包括一個矩形開口諧振環，諧振環的開口位于其所在邊的中點位置，在諧振環的開口處，諧振環的的兩個端點各自與一個長方形金屬條連接，連接點位于長方形金屬條的長邊的中心，長方形金屬條長邊垂直于開口所在的諧振環的邊；在開口處的兩個長方形金屬條之間，介質基板的上表面設置有歐姆貼片，在歐姆貼片上方設置有摻雜異質線，摻雜異質線與兩個長方形金屬條平行且等距，M、N皆為大于2的整數；

在相移單元陣列中，每一列相移單元的兩側皆沿列線方向分別設置有一條陰極引出線和一條陽極引出線，每一列相移單元皆位于對應于該列的陰極引出線和陽極引出線之間；

各列中，相移單元的摻雜異質線連接至該列的陽極引出線，開口諧振環連接至該列的陰極引出線；

各陰極引出線皆與同一根陰極總線連接，陰極總線具有一個外部陰極連接端；各陽極引出線彼此獨立。