[發明專利]一種可編碼太赫茲移相器及設計方法

有效

• 申請號: 202011295115.X
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112563690B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 金城;呂奇皓;張彬超;陳建宏;黎亮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01P1/18
• 分類號: H01P1/18;H01P11/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允;仇蕾安

本發明公開了一種種可編碼太赫茲移相器及設計方法，能夠通過編碼電路實現移相器相位變化幅度的改變。該裝置包括電磁帶隙金屬波導腔體、芯片和控制電路。本發明首先確定移相器的頻率范圍并設計空氣腔的尺寸；接著進行周期性長方體金屬柱的參數設計；在空氣腔體上方挖出高度為h_stub，長度l_stub，寬度為w_stub的波導短路負載；芯片放置于負載處，令硅襯底鑲嵌于負載兩側，百葉窗覆蓋硅襯底，并延伸覆蓋波導短路負載；將直流引線從周期性金屬柱體的間隙中引出，連接至芯片的邊界的焊盤處；將直流引線連接至PCB板上的引腳處，通過控制對各個引腳加饋電信號實現對太赫茲移相器的各個百葉窗的開和關的切換，從而改變相位變化幅度。

技術領域

本發明涉及太赫茲移相器設計的技術領域，具體涉及一種可編碼太赫茲移相器及設計方法。

背景技術

太赫茲(THz)科學技術已經成為對現代科學技術、國民經濟、國防建設有重要影響的前沿學科。THz頻段在醫學診斷，雷達，射電天文學，成像系統，頻譜分析和高帶寬無線通信中有廣泛的應用。盡管THz波具有很高的科學研究價值和工程價值，但是THz頻段是電磁頻譜中利用率最低的區域之一，主要是由于缺乏商用的太赫茲波組件和在太赫茲頻段下缺少有效的等效電路方法來表征各個組件。由于THz波固有的頻率高、帶寬大的優勢，THz雷達的空間分辨力和距離分辨力都很高，這使得它在物體成像、環境監測、安全檢查、反恐探測、生物醫學，尤其是衛星通信和成像雷達等領域具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。相控陣雷達具有波掃描更靈活，能跟蹤更多目標，抗干擾性能更好等優勢。作為相控陣關鍵組件，移相器的成本、性能直接影響相控陣雷達系統的造價和性能。所以，研究高性能、易實現、低成本的THz移相器對改進相控陣性能和結構，實現小型、低功耗THz相控陣雷達有非常重要的現實意義。

目前對電磁波的L、S、C、X、Ku、Ka、W波段的移相器組件的研究相對較為成熟。微波頻段的移相器一般通過基于鐵氧體材料，PIN二極管或者場效應晶體管開關陣列來實現。相比較之下，鐵氧體材料移相器具有更優良的性能，但是其制造成本昂貴，體積大，不易于集成；半導體開關移相器存在的高損耗及線性度差等問題限制了移相器向更高頻率和更優異的性能發展。

因此，目前亟需一種能夠提高移相器性能的設計方案，能夠讓移相器在太赫茲波譜段擁有更高頻率和更優異性能，并實現移相器相位變化幅度的改變。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種可編碼太赫茲移相器裝置及設計方法，能夠通過編碼電路實現在太赫茲波譜段內移相器相位變化幅度的改變，從而提高移相器性能。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：

本發明提出了一種可編碼太赫茲移相器，包括：電磁帶隙金屬波導腔體、芯片和控制電路。

電磁帶隙金屬波導腔體包括空氣腔、下方金屬板、周期性金屬柱體和上方金屬板。

芯片包括硅襯底、百葉窗；百葉窗為由金屬帶組成的百葉窗式結構。

控制電路用于控制百葉窗。

上方金屬板位于空氣腔上方，下方金屬板位于空氣腔下方，周期性金屬柱體位于空氣腔兩側；在空氣腔上方金屬板處開設凹槽作為波導短路負載；芯片中的硅襯底鑲嵌在空氣腔的上方的波導短路負載兩側，百葉窗覆蓋硅襯底，并延伸覆蓋波導短路負載。

進一步的，百葉窗中的每一個金屬帶都由Al層、電阻絲層和Al₂O₃層三層材料組成，其中Al層在外表面，Al₂O₃層在內表面，電阻絲層在中間。

進一步的，控制電路打印在PCB板上，PCB板固定在芯片兩側，百葉窗的電阻絲通過印制在硅襯底上的直流引線連接至控制電路。

進一步的，電磁帶隙金屬波導腔體的材料為鋁，直流引線的材料為銅。

進一步的，PCB板的材料為FR-4。