一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器制造技术

本发明专利技术涉及使用于太赫兹波段的动态相位调制器件，具体涉及一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器，动态且相位连续可调，属于电磁功能器件技术领域。本发明专利技术将设有HEMT的微结构结合微带线，利用微结构的馈电金属块输入调制信号，使得高电子迁移率晶体管HEMT的载流子浓度发生变化实现微结构的通断，从而实现太赫兹波的相位调制。本发明专利技术在实现精确小相位动态调制的同时，插入损耗低于1.87dB，在动态调制相位的同时保证了较好的工作性能，且调制速度高；并且结构简单，加工工艺成熟，制作方便；其次使用方便，可工作于常温常压的环境下，具有很好的应用潜力与前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器
本专利技术涉及使用于太赫兹波段的动态相位调制器件，具体涉及一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器，动态且相位连续可调，属于电磁功能器件

技术介绍
太赫兹频率范围是0.1THz～10THz，处于此频率范围的电磁波统称为太赫兹波，这种电磁波频率在毫米波之上，红外之下，后两者已经得到了较为成熟地开发，而前者至今仍处于研究的前沿。其可解决物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题，并且在高速通信、高精密成像、生命探测科学、外太空空间技术、雷达技术、高科技反恐等领域表现出了巨大的潜在利用价值，是二十一世纪必须占领的技术高地。雷达是我们国防建设和国民经济方面重要的电磁器件。在国防中其充当着战斗机以及导弹的眼睛，当战机进行交战时，必须使用雷达对对方战机进行位置的探测，当需要对敌方进行武装打击时，更需要雷达对导弹进行制导，所以说没有雷达就不可能成功构建现代战争体系。在现代民航和船舶系统中，我们使用雷达对交通工具的航行状态进行确认，指导飞机以及舰船的航线，确保航行的安全，所以在建设现代化交通体系时更离不开雷达的使用。而在传统的雷达系统中，需要对雷达发射天线进行机械式的旋转，以满足雷达的多方位扫描的需求，这种方式需要复杂的馈电系统、庞大的天线单元，且其扫描速率受机械运动的限制导致速率大幅度下降。这时我们必须使用相控阵天线系统构建相控阵雷达，相控阵天线无需机械运动即可控制波束的指向，也可实现全方位的波束扫描，其增大了雷达的作用范围，同时能更有效地探测高速、机动目标。太赫兹雷达作为一种新型雷达，其具有尺寸小，高速率，可大规模集成的特点，但是其核心部分之一的多位太赫兹移相器件一直处于尚待开发状态。在通信系统中，我们常用相移键控的方式对载波进行调制编码，即将传播的信息编码形成调制信号，再利用调制信号使载波的相位进行移动，使不同的单位时间内(调制信号单周期内)相位产生差值，然后通过相干解调或差分相干解调的方式对差值进行区分，最后得到携带信息的解调信号。这种编码方式不仅有效地提升了信息传输的速率，而且在抗噪声性能上也具有很大的优势。在太赫兹通信中，我们的通信速率要求有了极大的提高，甚至提出了理论上可达1Tbps的传输速率，而通过相移键控的通信方式达到这个目标的可行性极高，其核心部分也同样是多位太赫兹移相器件，由于该核心器件尚待开发，所以多位太赫兹移相机制及器件的研究也就愈发地紧迫了。针对通信和雷达系统领域的相关相位调制技术的需求，精确的小相位控制及线性可调的动态相位调制器件成为了研究的热门。动态可调的太赫兹器件通常基于金属结构和电磁特性可变材料研制而成，其动态变化需要外界条件的刺激如热源、电场、激光等。通过外界刺激对超表面中的电磁特性可变材料进行控制，可以改变其电导率、等效介电常数或者等效磁导率等电磁特性，从而达到对金属结构的静态频率响应进行动态控制的目的。高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种利用具有高电子迁移率的二维电子气(2DEG)工作的场效应晶体管。HEMT中2DEG的载流子迁移率可达2500cm/(V·s)以上，而载流子浓度在1013/cm2以上，HEMT的工作电压通常为几伏，这为太赫兹相位调控器件的研制提供了基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
存在的缺陷，提供了一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器，其结构简单、可精确控制相位变化、相位线性变化角度小，相位变化线性度高。该相位调制器利用了微带线与微结构的结合，具体为，使用开口金属条电容结构与微带线进行连接形成微结构，并采用高电子迁移率晶体管对微结构产生的谐振进行控制，实现了对相位的调制。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器，包括(1)输入波导、(2)波导-微带线过渡结构、(3)微带线、(4)接地结构、(5)微结构、(6)输出波导和(7)金属电容结构。所述波导-微带线过渡结构有两个，分别为第一波导-微带线过渡结构和第二波导-微带线过渡结构。所述输入波导通过第一波导-微带线过渡结构与微带线连接，实现波导与微带线的一端连通；微带线的另一端经第二波导-微带线过渡结构与输出波导连通。所述接地结构和微结构均分别与微带线并连于微带线的两侧，其中接地结构提供接地的零电势；微结构通过输入的调制信号实现太赫兹波的相位调制。所述微结构包括金属电容结构、高电子迁移率晶体管(HEMT)以及馈电金属块。其中金属电容结构包含第一金属电容结构和第二金属电容结构两个，第一金属电容结构通过第一金属段与微带线连接，第二金属电容结构通过第二金属段与馈电金属块连接。高电子迁移率晶体管(HEMT)设置在第一和第二金属电容结构中间，与两金属电容结构共同构成二极管的结构；高电子迁移率晶体管HEMT靠近馈电金属块的一端为正电压加载电极，靠近微带线一端为负电压加载电极。微结构通过馈电金属块输入调制信号，使得高电子迁移率晶体管(HEMT)的载流子浓度发生变化，实现微结构的通断，最终实现太赫兹波的相位调制。进一步的，所述微结构中的第一和第二金属段各自的长度与宽度，以及形状可调，以得到所需的相位调制性能。进一步的，所述微结构中的第一和第二金属电容结构的尺寸以及形状可调，以得到所需的相位调制性能。进一步的，所述微结构共计M个，1＜M≤32，以实现相位调制范围的扩大。进一步地，所述微带线的基底材料为蓝宝石、高阻硅、砷化镓或碳化硅。进一步地，所述微带线采用的材料为Au、Ag、Cu、或Al。进一步地，所述HEMT中的金属电极材料为Ti、Al、Ni或Au。本专利技术的工作机理是：太赫兹波通过输入波导输入，经过波导-微带线过渡结构后到达微结构与微带线的连接区域，利用微结构的馈电金属块输入调制信号，使得高电子迁移率晶体管HEMT的载流子浓度发生变化实现微结构的通断，从而实现太赫兹波的相位调制，再通过输出波导将调制后的太赫兹波进行输出。综上所述，本专利技术将设有HEMT的微结构结合微带线，通过外部馈电调节微结构中HEMT的载流子浓度，实现微结构的通断，最终实现太赫兹波的高速相位调制。最终本专利技术通过利用微结构谐振对微带线的影响，在实现精确小相位动态调制的同时，插入损耗低于1.87dB，在动态调制相位的同时保证了较好的工作性能，由于采用HEMT也同时带来了高的调制速度；并且结构简单，加工工艺成熟(可用激光刻蚀、细微加工手段实现)，制作方便；其次使用方便，可工作于常温常压的环境下，具有很好的应用潜力与前景。附图说明图1为本专利技术的总体结构图；图2为本专利技术实施例微结构的结构示意图；图3为本专利技术实施例的S参数图；图4为本专利技术实施例的相位曲线图。附图标记：1-输入波导，2-波导-微带线过渡结构，3-微带线，4-接地结构，5-微结构，6-输出波导，7-金属电容结构，8-高电子迁移率晶体管(HEMT)，9-馈电金属块。具体实施方式下面结合附图和实施例，详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器，其特征在于：包括(1)输入波导、(2)波导-微带线过渡结构、(3)微带线、(4)接地结构、(5)微结构、(6)输出波导和(7)金属电容结构；/n所述波导-微带线过渡结构有两个，分别为第一波导-微带线过渡结构和第二波导-微带线过渡结构；/n所述输入波导通过第一波导-微带线过渡结构与微带线连接，实现波导与微带线的一端连通；微带线的另一端经第二波导-微带线过渡结构与输出波导连通；/n所述接地结构和微结构均分别与微带线并连于微带线的两侧，其中接地结构提供接地的零电势；微结构通过输入的调制信号实现太赫兹波的相位调制。/n所述微结构包括金属电容结构、高电子迁移率晶体管HEMT以及馈电金属块；/n其中金属电容结构包含第一金属电容结构和第二金属电容结构两个，第一金属电容结构通过第一金属段与微带线连接，第二金属电容结构通过第二金属段与馈电金属块连接；高电子迁移率晶体管HEMT设置在第一和第二金属电容结构中间，与两金属电容结构共同构成二极管的结构；高电子迁移率晶体管HEMT靠近馈电金属块的一端为正电压加载电极，靠近微带线一端为负电压加载电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器，其特征在于：包括(1)输入波导、(2)波导-微带线过渡结构、(3)微带线、(4)接地结构、(5)微结构、(6)输出波导和(7)金属电容结构；
所述波导-微带线过渡结构有两个，分别为第一波导-微带线过渡结构和第二波导-微带线过渡结构；
所述输入波导通过第一波导-微带线过渡结构与微带线连接，实现波导与微带线的一端连通；微带线的另一端经第二波导-微带线过渡结构与输出波导连通；
所述接地结构和微结构均分别与微带线并连于微带线的两侧，其中接地结构提供接地的零电势；微结构通过输入的调制信号实现太赫兹波的相位调制。
所述微结构包括金属电容结构、高电子迁移率晶体管HEMT以及馈电金属块；
其中金属电容结构包含第一金属电容结构和第二金属电容结构两个，第一金属电容结构通过第一金属段与微带线连接，第二金属电容结构通过第二金属段与馈电金属块连接；高电子迁移率晶体管HEMT设置在第一和第二金属电容结构中间，与两金属电容结构共同构成二极管的结构；高电子迁移率晶体管HEMT靠近馈电金属块的一端为正电压加载电极，靠近微带线一端为负电压加载电极。


2.如权利要求1所述基于微结构的太赫兹动态相位调制器，其特征在于：所述微结构中的第一和第二金属段各自的长度与宽度，以及形状...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华杰，张雅鑫，董亚洲，曾泓鑫，杨梓强，梁士雄，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51