基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵制造技术

技术编号：41095889 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-25 13:54

本发明专利技术涉及一种基于液晶‑超表面的毫米波‑太赫兹波动态反射天线阵，属于毫米波‑太赫兹波段电磁波相位调制技术领域，解决了现有技术中扫描角度范围有限、工作电压高的问题其特征在于，包括多个超表面单元；超表面单元包括从下至上依次层叠的衬底、金属反射层、液晶层、金属结构层和绝缘层支撑层；液晶层位于金属反射层和金属结构层之间。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于毫米波-太赫兹波段电磁波相位调制，特别是涉及一种基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵。

技术介绍

1、在毫米波-太赫兹波技术应用领域，在微纳尺度快速地对毫米波-太赫兹波信号的强度、相位等信息实现快速、高效的调制对很多毫米波-太赫兹波的应用具有重大意义。超构表面(metasurface)，指的是由亚波长结构构成的电磁天线阵列。在介观尺度，通过对光学天线形貌及其排布的合理设计，超构表面可以在二维平面内有效地调控电磁波的振幅、相位和偏振等参量，突破传统电磁定律的限制，实现在亚波长尺度上对电磁波进行有效裁剪。液晶是一种介电各向异性材料，在外加电场的作用下，液晶分子的排列方向将随电场的大小发生改变，从而改变其介电常数大小。基于液晶材料介电常数电控可调的特性，与超构表面结合，可以广泛应用于各种太赫兹波相位调制器件和强度调制器件中。

2、但是，现有的太赫兹动态超表面器件普遍存在调相幅度小、插入损耗大、调制电压大、工艺成熟度不足等问题。基于现有超表面技术的thz智能超表面几乎全部存在扫描角度范围有限、方向增益小等问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，解决了现有技术中扫描角度范围有限、工作电压高的问题。

2、本专利技术提供了一种基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，包括多个超表面单元；超表面单元包括从下至上依次层叠的衬底、金属反射层、液晶层、金属结构层和绝缘支撑层；</p>

3、其中，液晶层灌注于金属结构层与金属反射层之间。

4、可选地，绝缘层支撑层为二氧化硅层或高阻硅层或者二氧化硅和硅的异质复合层。

5、可选地，包括叉指电容结构和连通线；叉指电容结构呈蛇形设置；连通线设置两条，分别于叉指电容结构的两端。

6、可选地，衬底为硅或石英或pcb板。

7、可选地，金属结构层与金属反射层为电导率高的金属材料。

8、可选地，多个超表面单元呈周期性排列。

9、可选地，绝缘支撑层的材料为单一材料或异构复合材料。

10、与现有技术相比，本专利技术至少具有现如下有益效果：

11、1)本专利技术能够实现在50ghz-0.5thz频率范围内(其中，特别是0.22thz与0.34thz)，对于偏振方向平行于超表面间隙，入射方向垂直于超表面间隙的入射太赫兹波，在一个超表面单元中调相幅度大于230°(连续可调)；插入损耗小于3db；器件响应时间小于50ms；

12、2)本专利技术能够实现毫米波-太赫兹波动态反射阵天线的电磁波出射角度范围：-90°至+90°，并且出射角度可以通过多路电压调节；天线方向增益大于10db；工作波段：50ghz-500ghz(当前毫米波-太赫兹通信核心波段)；天线阵列尺寸：5cm*5cm；

13、3)本专利技术超表面光刻所需精度较低，技术成熟。利用工程中常用的各种装置与相对成熟的光刻技术即可实现，无需类似各种高精度超材料的复杂且高成本的制造工艺，克服多种已有方案对于材料要求高、结构复杂、结构细节精度过高、成本高昂的缺点；

14、4)本专利技术通过超表面设计可以将液晶材料和电磁波的相互作用距离降低到二百分之一波长的距离，有效地提高了器件响应时间和降低了液晶驱动电压，具有重要的工程应用潜力；

15、5)本专利技术超表面单元的周期尺寸更小(λ/10)，所以有着更高的调节精度，而且空间色散、杂散衍射等各种不良影响小；

16、6)本专利技术成本低，在设计中仅需使用相对成熟且应用广泛的光刻技术与液晶灌注技术制备金属表面，与许多新型超材料设计方案相比，极大降低了产生超表面制造的成本，可以实现量产。

17、7)本专利技术基于极深亚波长超表面结构与液晶技术的结合，实现成本低、调相幅度大、插入损耗小、器件响应时间短的动态太赫兹波前调控超表面，为制造太赫兹动态反射阵天线提供一种新的解决方案。

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【技术保护点】

1.一种基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，包括多个超表面单元；超表面单元包括从下至上依次层叠的衬底、金属反射层、液晶层、金属结构层和绝缘支撑层；

2.根据权利要求1所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，绝缘支撑层的材料为太赫兹波可透过绝缘材料。

3.根据权利要求1所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，绝缘支撑层包括绝缘层和/或硅层。

4.根据权利要求1所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，包括叉指电容结构和连通线；叉指电容结构呈蛇形设置；连通线设置两条，分别于叉指电容结构的两端。

5.根据权利要求1所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，衬底为绝缘材料。

6.根据权利要求1所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，金属结构层与金属反射层为电导率高的金属材料。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵

8.根据权利要求2所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，绝缘支撑层的材料为单一材料或异构复合材料。

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，绝缘支撑层的材料为太赫兹波可透过绝缘材料。

3.根据权利要求1所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，绝缘支撑层包括绝缘层和/或硅层。

4.根据权利要求1所述的基于液晶-超表面的毫米波-太赫兹波动态反射天线阵，其特征在于，包括叉指电容结构和连通线；叉指电容结构呈蛇形...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈赛，赵蔚鹏，吴晓君，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：

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