一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器制造技术

本发明专利技术涉及电磁功能器件技术领域，尤其涉及一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器，包括输入波导区、输入波导

【技术实现步骤摘要】
一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器


[0001]本专利技术涉及电磁功能器件
，尤其涉及一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器。

技术介绍

[0002]自本世纪初以来，太赫兹技术提供了一个崭新的研究领域并展示了在成像,光谱学,生物检测以及通信领域的应用前景。而太赫兹通信技术作为公认的下一代移动通信6G技术的关键潜在技术之一，也得到了广泛的关注。因此，如何实现太赫兹波的高速直接调制也成为了太赫兹领域一个重要的研究方向和难题，现有太赫兹外部调制器的研究工作主要集中于基于人工微结构阵列结合半导体材料的平面准光形式。采用准光型调制器方式，存在两个方面的技术问题：其一，调制器中阵列结构单元数目众多，自身寄生参数影响过大，外加控制信号难以实现阻抗匹配，对半导体材料的有效调控存在较大难度，因此调制速率始终处于较低水平，难于突破调制器件高速调制瓶颈；其二，存在难以与系统中其他关键器件相互集成的问题，同时准光机制需要一定的自由空间，因此系统电路复杂，难以实现小型化。准光调控器件的局限性极大限制了太赫兹直接调制器件进一步的发展和应用
[0003]采用鳍线、共面波导等传输结构在波导中实现片上谐振是解决太赫兹准光外部调制器难题的有效手段。专利CN105652475A，CN 107340613 A，CN107102453A：基本都是通过电控HEMT或二极管的电磁特性实现对人工电磁谐振单元结构中电磁谐振模式的控制，从而实现对太赫兹波的调制。通过直波导腔体导入太赫兹波，然后通过过渡结构将太赫兹波耦合到调制单元上，调制单元由HEMT或二极管等半导体器件与微结构构成。通过外部馈电结构馈电从而控制调制单元的通断改变太赫兹波的传输特性，从而实现对太赫兹波的快速调制，最终再通过过渡结构将调制后的THz传输出去。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005]1.结构复杂、设计加工精度要求高：需对人工微结构进行专门设计，随工作频率提高微结构形貌、加工精度等对调制效果影响很大；同时现有技术中由晶体管引入的寄生参量、人工微结构引入的寄生参量难以控制，难以保证设计要求实现高速调制。
[0006]2.人工微结构独立于传输结构之外，难以实现宽带调制：现有技术中的人工微结构单独设计，独立存在于传输结构之外，其工作原理在于单一谐振控制，Q值高，难以实现宽带调制。
[0007]3.人工微结构放置区域有限，难以实现进一步优化：现有技术中的人工微结构位于传输线中间缝隙，放置区域有限，难以实现进一步的结构设计，提升调制性能。

技术实现思路

[0008](一)要解决的技术问题
[0009]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足而提供一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器。通过二极管与传输结构本身直接构成传输谐振单元，简化谐振结构，抑
制寄生参数；通过传输结构直接串联多个传输谐振单元，形成传输谐振耦合结构，拓展射频带宽；通过外加电压控制调制单元的电磁特性从而实现对太赫兹波的幅度调制，在保证调制深度和插入损耗的情况下，实现了110
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170GHz全频带的调制。
[0010](二)技术方案
[0011]一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器，包括输入波导区、输入波导
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共面波导过渡区、共面波导调制区、馈电滤波区、共面波导
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输出波导过渡区和输出波导区，输入波导区/输出波导区，由减高波导构成，输入输出波导口尺寸与标准波导相同；输入波导
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共面波导过渡区/共面波导
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输出波导过渡区，由探针及匹配线组成，用于实现波导到共面波导的模式转换；共面波导调制区是共面波导及二极管构成，二极管嵌套在共面波导中形成调制单元，对耦合到共面波导上的太赫兹电磁波进行幅度调制；馈电滤波区是一种低通滤波器电路，外加控制信号由此输入通过中央馈线加载到调制单元中的二极管。
[0012]作为优选的技术方案，共面波导调制区中共面波导的侧边谐振馈线通过金属块接地，中央馈线通过金属线与馈电滤波区相连，用以馈入控制信号。
[0013]作为优选的技术方案，共面波导调制区中的二极管阳极放置在中央馈线上，阴极放置在侧边谐振馈线上，放置方向垂直中央馈线，数量共计M个，M≥4，二极管数量及各二极管之间距离可调，以得到所需的幅度调制性能。
[0014]作为优选的技术方案，馈电滤波区通过在共面波导
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输出波导过渡区的金属腔体开孔形成开口窗，同时采用低通滤波器作为控制信号的传输线。
[0015]作为优选的技术方案，低通滤波器为紧凑微带谐振CMRC滤波器。
[0016]作为优选的技术方案，太赫兹全频带幅度调制器的基底材料采用蓝宝石、二氧化硅、高阻硅、砷化镓或碳化硅。
[0017]作为优选的技术方案，太赫兹全频带幅度调制器采用的金属材料为Au、Ag、Cu、或Al。
[0018]作为优选的技术方案，二极管可替代为其他半导体器件。
[0019]作为优选的技术方案，基底材料可替代为AlGaN、SiC或GaN。
[0020]作为优选的技术方案，低通滤波器可替换为高低阻抗线形式。
[0021](三)有益效果
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023](1)通过设计使得每个调制单元对应一个谐振频点，多个调制单元的存在使得多个谐振频点同时存在，从而实现拓带的效果。
[0024](2)通过多点谐振拓带的方式，在保证调制深度和插入损耗的情况下，实现了110
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170GHz全频带的高速调制。
[0025](3)简化谐振结构，抑制寄生参数，提高调制速率。
[0026](4)采用的共面波导传输线可有效降低太赫兹波的损耗。
[0027](5)将微结构单元谐振可控、GaAs肖特基二极管电子输运特性快速可控、太赫兹片上传输损耗低和传输模式可控的特点结合在一起，可高效、高速的直接调控片上太赫兹波的电磁传输特性。
[0028](6)调制单元结构简单，仅需在共面波导上嵌套二极管构成，无需多余金属结构，降低了设计的复杂性，有效改善结构的容差。
[0029](7)通过引入多个调制单元进行谐振拓带，在保证调制深度和插入损耗的情况下，大大提高了调制器带宽，实现了对太赫兹波的全频带调制。
[0030](8)具有很强的可塑性，通过调整各个调制器的距离，共面波导的宽度可有效调整谐振频段的位置和带宽的大小。
[0031](9)采用的二维平面结构可通过微细加工手段实现，工艺成熟、易于制作。
[0032](10)通过电控来进行工作而不需要外加光照、温度等激励，并且馈电方式可直接采用同轴接口进行馈电，有利于器件的小型化、实用化与产量化。
[0033](11)针对波导传播太赫兹电磁波，可工作于常温、常压、非真空条件下，易于封装、方便使用。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器，其特征在于：包括输入波导区(1)、输入波导
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共面波导过渡区(2)、共面波导调制区(3)、馈电滤波区(4)、共面波导
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输出波导过渡区(5)和输出波导区(6)，所述输入波导区(1)/输出波导区(6)，由减高波导构成，输入输出波导口尺寸与标准波导相同；所述输入波导
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共面波导过渡区(2)/共面波导
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输出波导过渡区(5)，由探针及匹配线组成，用于实现波导到共面波导的模式转换；所述共面波导调制区(3)是共面波导及二极管构成，二极管嵌套在共面波导中形成调制单元，对耦合到共面波导上的太赫兹电磁波进行幅度调制；所述馈电滤波区(4)是一种低通滤波器电路，外加控制信号由此输入通过中央馈线加载到调制单元中的二极管。2.如权利要求1所述的一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器，其特征在于：所述共面波导调制区(3)中共面波导的侧边谐振馈线通过金属块接地，中央馈线通过金属线与馈电滤波区相连，用以馈入控制信号。3.如权利要求1所述的一种基于传输谐振耦合的太赫兹全频带幅度调制器，其特征在于：所述共面波导调制区(3)中的二极管阳极放置在中央馈线上，阴极放置在侧边谐振馈线上，放置方向垂直中央馈线，数量共计M个，M≥4，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁科森，龚森，张雅鑫，梁华杰，杨梓强，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：