[發明專利]一種太赫茲MEMS可重構功分器及其實現方法

有效

• 申請號: 202210041514.6
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114389001B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 于偉華;彭洪;呂昕
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京理工大學重慶微電子中心
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種太赫茲MEMS可重構功分器，其特征在于，所述太赫茲MEMS可重構功分器包括：太赫茲波導功分器和MEMS角度執行器；

太赫茲波導功分器包括：第一至第四矩形波導、第一耦合波導、第二耦合波導、第一級聯波導以及第二級聯波導；其中，第一至第四矩形波導完全相同，第一和第二耦合波導完全相同，第一和第二級聯波導完全相同；太赫茲波的傳播面為xy平面，第一至第四矩形波導的傳播方向沿y軸，第一和第二耦合波導的傳播方向沿x軸；第一和第二矩形波導分別通過波導彎頭連接至第一耦合波導的上端；第三和第四矩形波導分別通過波導彎頭連接至第二耦合波導的下端；第一耦合波導的下端與第二耦合波導的上端通過第一級聯波導和第二級聯波導連接，第一級聯波導和第二級聯波導關于x軸對稱；第一至第四矩形波導、第一和第二耦合波導以及第一和第二級聯波導沿傳播方向的橫截面均為矩形；

在第一級聯波導和第二級聯波導的底部分別開設對稱的開口，在第一和第二級聯波導的底部安裝MEMS角度執行器；

MEMS角度執行器包括：襯底、金屬基底、第一隔熱帶、雙晶片懸臂梁陣列、第二隔熱帶、金屬面、電源端口、地端口以及金屬導線；其中，對應第一和第二級聯波導底部的開口，在襯底的頂表面分別開設對稱的安裝槽；在每一個安裝槽內的底表面分別鋪設金屬基底，金屬基底覆蓋安裝槽的底表面；在雙晶片懸臂梁陣列的上邊緣和下邊緣分別設置連接為一體的第一隔熱帶和第二隔熱帶，第一和第二隔熱帶沿y軸；在第二隔熱帶的下邊緣設置連接為一體的金屬面；第一隔熱帶、雙晶片懸臂梁陣列、第二隔熱帶和金屬面連接為一體并且位于同一個平面構成可調諧平面；在每一個安裝槽內相應設置一個可調諧平面，可調諧平面通過第一隔熱帶固定在安裝槽的上側壁邊緣，雙晶片懸臂梁陣列施加偏置電壓加熱后彎曲，帶動整個可調諧平面以第一隔熱帶為軸轉動設定的角度，轉動軸沿y軸，角度與外部電源施加的偏置電壓成正比，偏置電壓越高，可調諧平面轉動的角度越大；襯底的外邊緣大于第一和第二級聯波導底部的開口，襯底的外邊緣固定在第一和第二級聯波導的底部外；可調諧平面的面積不大于安裝槽的面積，開口的面積不小于安裝槽的面積，兩個可調諧平面分別通過相應的開口位于第一和第二級聯波導內；在襯底上設置電源端口和地端口，兩個雙晶片懸臂梁陣列分別通過金屬導線連接至相應的電源端口和地端口；外部電源連接至電源端口和地端口，外部電源的能量從電源端口輸入到雙晶片懸臂梁陣列中，再從地端口輸出，實現對雙晶片懸臂梁陣列施加偏置電壓；

第一至第四矩形波導互相等價，從第一矩形波導入射的太赫茲波經過第一耦合波導至第一級聯波導和第二級聯波導分成幅值相同且相位差為90°的兩路，兩路太赫茲波分別傳輸至第一和第二級聯波導內，分別位于第一和第二級聯波導的可調諧平面等效為理想導體，入射到可調諧平面上的太赫茲波被可調諧平面反射回第一耦合波導，而沒有入射到可調諧平面的太赫茲波通過可調諧平面與級聯波導頂部之間的空隙透射至第二耦合波導；通過同時調節第一和第二級聯波導內的可調諧平面的角度，控制可調諧平面與級聯波導頂部之間的空隙大小，以此控制反射或透射的太赫茲波的功率；外部電源通過電源端口和地端口加載偏置電壓至雙晶片懸臂梁陣列，對雙晶片懸臂梁陣列進行加熱，雙晶片懸臂梁陣列由于加熱導致彎曲，使得雙晶片懸臂梁陣列繞y軸轉動，從而帶動可調諧平面繞y軸轉動；通過調節加載至雙晶片懸臂梁陣列的偏置電壓大小，同時調節兩個可調諧平面繞y軸轉動相同的角度，從而調節太赫茲波在可調諧平面處反射或透射的功率；從第一和第二級聯波導反射至第一耦合波導的兩路太赫茲波由于相位疊加原理合成為一路后從第二矩形波導輸出；從第一和第二級聯波導透射到第二耦合波導的兩路太赫茲波由于相位疊加原理合成為一路后從第三矩形波導輸出，其中第四矩形波導理論上無功率輸出，實現端口阻抗匹配的作用；從而通過MEMS角度執行器控制太赫茲波在第一和第二級聯波導中反射或透射的功率，實現太赫茲波導功分器的輸出功率可調功能。

2.如權利要求1所述的太赫茲MEMS可重構功分器，其特征在于，所述MEMS角度執行器的襯底采用硅、氮化硅、碳化硅和砷化鎵中的一種。

3.如權利要求1所述的太赫茲MEMS可重構功分器，其特征在于，所述第一至第四矩形波導、第一和第二耦合波導、第一和第二級聯波導采用高導電率材料。