本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種基于介質(zhì)匹配層的透射式太赫茲調(diào)制器單元，主要解決現(xiàn)有技術(shù)因工作頻段內(nèi)存在反射的太赫茲波所導(dǎo)致的透射率較低，和次時(shí)域波形對(duì)太赫茲波調(diào)制效果造成干擾的技術(shù)問題，包括介質(zhì)襯底和印制在其一個(gè)表面上的人工微結(jié)構(gòu)單元，該人工微結(jié)構(gòu)單元包括明模切割線和關(guān)于其鏡像對(duì)稱且呈字形排布的四個(gè)暗模開口環(huán)，且位于明模切割線同一側(cè)的兩個(gè)暗模開口環(huán)的開口方向相對(duì)，在明模切割線與每個(gè)暗模開口環(huán)之間各設(shè)置有一個(gè)側(cè)邊與明模切割線長(zhǎng)邊相接的矩形開關(guān)，明模切割線與暗模開口環(huán)之間的距離在大于明模切割線的三倍線寬和小于襯底寬度的范圍內(nèi)可調(diào)，介質(zhì)襯底的另一個(gè)表面上附著有相對(duì)介電常數(shù)和厚度均小于襯底的介質(zhì)匹配層。于襯底的介質(zhì)匹配層。于襯底的介質(zhì)匹配層。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于介質(zhì)匹配層的透射式太赫茲調(diào)制器單元
[0001]本專利技術(shù)屬于電磁功能器件
，涉及一種調(diào)制器單元，具體涉及一種基于介質(zhì)匹配層的透射式太赫茲調(diào)制器單元，可應(yīng)用于太赫茲波通信及6G通信。
技術(shù)介紹
[0002]太赫茲波通信系統(tǒng)相比于微波通信系統(tǒng)具有寬帶、高指向性、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，在6G通信等高速通信系統(tǒng)的規(guī)劃中備受關(guān)注。太赫茲調(diào)制器是一種對(duì)太赫茲波(頻率范圍在0.1～10THz的電磁波)的傳輸參數(shù)(包括幅度、相位、極化、頻率、傳播方向、軌道角動(dòng)量)進(jìn)行調(diào)控的設(shè)備，是太赫茲波通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。
[0003]太赫茲調(diào)制器分為透射式和反射式，其中透射式太赫茲調(diào)制器易于在傳輸光路上串聯(lián)集成，實(shí)現(xiàn)太赫茲波通信系統(tǒng)的高集成化和輕量化。透射式太赫茲調(diào)制器由大量的周期或準(zhǔn)周期的調(diào)制器單元組成，調(diào)制器單元結(jié)構(gòu)主要包括用于調(diào)制太赫茲波的人工微結(jié)構(gòu)單元和介質(zhì)襯底。其中，人工微結(jié)構(gòu)單元用于動(dòng)態(tài)調(diào)控太赫茲波，包含有切割線、開口環(huán)等金屬諧振結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率可變的相變材料開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太赫茲波的動(dòng)態(tài)編碼，具有動(dòng)態(tài)電磁諧振特性。
[0004]常見的介質(zhì)襯底的材質(zhì)包括硅、藍(lán)寶石、氧化鋁、石英、氧化硅、氮化硅等。這些襯底的介電常數(shù)遠(yuǎn)大于空氣的介電常數(shù)，導(dǎo)致襯底與空氣的波阻抗不匹配，因此當(dāng)電磁波透出襯底表面形成主時(shí)域波形時(shí)，會(huì)伴隨部分能量反射的現(xiàn)象，導(dǎo)致透出信號(hào)強(qiáng)度的降低；并且所反射的電磁波在襯底內(nèi)來回反射透出，該現(xiàn)象被稱為FP效應(yīng)，使調(diào)制器單元透射時(shí)域波形中額外具有由多組依次衰減的時(shí)域波形組成的次時(shí)域波形。其中，與主時(shí)域波形對(duì)應(yīng)的幅度譜表示不同頻率的太赫茲波通過調(diào)制器單元時(shí)的透射率，可用于觀測(cè)調(diào)制器的太赫茲波調(diào)制效果；而次時(shí)域波形在幅度譜中表現(xiàn)為隨頻率劇烈抖動(dòng)的幅度曲線。當(dāng)次時(shí)域波形與主時(shí)域波形重合時(shí)，混合的時(shí)域波形也會(huì)在幅度譜中表現(xiàn)出劇烈的幅度抖動(dòng)，這會(huì)對(duì)太赫茲波的調(diào)制效果造成干擾。為減小次時(shí)域波形對(duì)太赫茲波調(diào)制效果的影響，一般采用增加襯底厚度的方法來使主時(shí)域波形與次時(shí)域波形分離。
[0005]如何提高太赫茲波幅度調(diào)制深度并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)切換的透射帶寬效果，以及增加調(diào)制太赫茲波的透射率，降低調(diào)制器工作頻段內(nèi)的FP效應(yīng)，是現(xiàn)有透射式太赫茲調(diào)制器研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。例如專利申請(qǐng)?zhí)朇N 115693158 A，名稱為“基于二氧化釩的耦合增強(qiáng)式太赫茲帶寬幅度調(diào)制器單元”的專利申請(qǐng)，公開了一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的太赫茲波幅度調(diào)制深度以及可動(dòng)態(tài)切換的透射帶寬的調(diào)制器單元，該單元包括襯底和印制在其一個(gè)表面上的人工微結(jié)構(gòu)單元；人工微結(jié)構(gòu)單元包括明模切割線和關(guān)于其鏡像對(duì)稱且呈字形排布的四個(gè)暗模開口環(huán)，位于明模切割線同一側(cè)的兩個(gè)暗模開口環(huán)的開口方向相對(duì)；明模切割線與每個(gè)暗模開口環(huán)之間各設(shè)置有一個(gè)側(cè)邊與明模切割線長(zhǎng)邊相接的矩形開關(guān)。但在該專利技術(shù)中，當(dāng)被調(diào)制的太赫茲波經(jīng)襯底表面透出時(shí)，會(huì)伴隨部分太赫茲波的反射，導(dǎo)致透出信號(hào)強(qiáng)度的降低；且因?yàn)榇嬖诓糠痔掌澆ǖ姆瓷渌a(chǎn)生的FP效應(yīng)，導(dǎo)致次時(shí)域波形對(duì)工作頻段內(nèi)的太赫茲波調(diào)制效果造成干擾。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0006]本專利技術(shù)的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于介質(zhì)匹配層的透射式太赫茲調(diào)制器單元，用于解決現(xiàn)有技術(shù)因工作頻段內(nèi)存在反射的太赫茲波所導(dǎo)致的透射率較低，以及次時(shí)域波形對(duì)工作頻段內(nèi)的太赫茲波調(diào)制效果干擾較大的技術(shù)問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案包括寬度、相對(duì)介電常數(shù)分別為p、ε1的介質(zhì)襯底1和印制在其一個(gè)表面上的人工微結(jié)構(gòu)單元；所述人工微結(jié)構(gòu)單元包括寬度為w的明模切割線2和關(guān)于其鏡像對(duì)稱且呈字形排布的四個(gè)暗模開口環(huán)3，位于明模切割線2同一側(cè)的兩個(gè)暗模開口環(huán)3的開口方向相對(duì)；所述明模切割線2與每個(gè)暗模開口環(huán)3之間各設(shè)置有一個(gè)側(cè)邊與明模切割線2長(zhǎng)邊相接的矩形開關(guān)4；所述明模切割線2與暗模開口環(huán)3之間的距離為d，且3w＜d＜p；所述介質(zhì)襯底1的另一個(gè)表面上附著有相對(duì)介電常數(shù)為ε2、厚度為h2的介質(zhì)匹配層5，其中，λ0表示真空中的工作波長(zhǎng)。
[0008]所述襯底1采用硅、氧化硅、氧化鋁、藍(lán)寶石、聚酰亞胺中的任意一種介質(zhì)。
[0009]所述襯底1其寬度p、高度q與明模切割線2的長(zhǎng)邊尺寸s分別滿足s＜p＜1.5s、s＜q＜1.5s，其厚度h滿足h＞h2。
[0010]所述明模切割線2位于襯底1兩條寬邊中點(diǎn)的連線上，且其中心點(diǎn)與襯底1上表面的中心法線重合，該明模切割線2的長(zhǎng)邊尺寸s滿足s＜0.5λ0。
[0011]所述暗模開口環(huán)3采用一個(gè)邊的中心位置帶有開口的矩形環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0012]所述暗模開口環(huán)3，其寬度、高度、線寬、開口寬度分別為a、b、c、g，且滿足a≤0.5s、b≤0.5s、c≈w、g≤a
?
2c、2a+2b
?
4c
?
g≈s
?
w。
[0013]所述矩形開關(guān)4采用相變材料，其寬度、高度分別為j、k，且滿足j≤d、k≤b。
[0014]所述暗模開口環(huán)3其開口所在邊的外邊緣與矩形開關(guān)4靠近襯底1中心的寬邊平齊，開口對(duì)邊的外邊緣與明模切割線2的寬邊平齊。
[0015]所述明模切割線2和暗模開口環(huán)3，均采用電導(dǎo)率為σ的金屬材料，且σ＞1
×
107S/m。
[0016]所述介質(zhì)匹配層5其相對(duì)介電常數(shù)ε2滿足其厚度h2滿足
[0017]本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0018]本專利技術(shù)由于在介質(zhì)襯底的另一個(gè)表面上附著有相對(duì)介電常數(shù)和厚度均小于襯底的介質(zhì)匹配層，使調(diào)制太赫茲波在透過襯底表面時(shí)有一段過渡路徑，減小了太赫茲波透出襯底表面時(shí)的額外反射，進(jìn)而提高了調(diào)制太赫茲波的透射率，同時(shí)抑制了工作頻段內(nèi)的FP效應(yīng)的產(chǎn)生，能夠減少由FP效應(yīng)產(chǎn)生的次時(shí)域波形中含有的工作頻段內(nèi)的太赫茲波能量，進(jìn)而降低了次時(shí)域波形對(duì)調(diào)制器工作頻段內(nèi)的太赫茲波調(diào)制效果的干擾。
附圖說明
[0019]圖1為本專利技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本專利技術(shù)的暗模開口環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例1的主時(shí)域波形幅度譜的仿真圖；
[0022]圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例1的次時(shí)域波形幅度譜的仿真圖；
[0023]圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例1的整體時(shí)域波形幅度譜的仿真圖；
[0024]圖6為現(xiàn)有技術(shù)的主時(shí)域波形幅度譜的仿真圖；
[0025]圖7為現(xiàn)有技術(shù)的次時(shí)域波形幅度譜的仿真圖；
[0026]圖8為現(xiàn)有技術(shù)的整體時(shí)域波形幅度譜的仿真圖。
具體實(shí)施方式
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]實(shí)施例1：
[0029]參照?qǐng)D1，本專利技術(shù)包括襯底1和介質(zhì)匹配層5。
[0030]襯底1，其寬度p＝530μm、高度q＝530μm、厚度h＝5mm，材質(zhì)為藍(lán)寶石，其相對(duì)介電常數(shù)ε1＝8.88。
[0031]明模切割線2印制在襯底1的一個(gè)表面上，其位于襯底1的兩條寬邊中點(diǎn)的連線上，且其中心點(diǎn)與襯底1上表面的中心法線重合本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于介質(zhì)匹配層的透射式太赫茲調(diào)制器單元，包括寬度、相對(duì)介電常數(shù)分別為p、ε1的介質(zhì)襯底(1)和印制在其一個(gè)表面上的人工微結(jié)構(gòu)單元；所述人工微結(jié)構(gòu)單元包括寬度為w的明模切割線(2)和關(guān)于其鏡像對(duì)稱且呈字形排布的四個(gè)暗模開口環(huán)(3)，位于明模切割線(2)同一側(cè)的兩個(gè)暗模開口環(huán)(3)的開口方向相對(duì)；所述明模切割線(2)與每個(gè)暗模開口環(huán)(3)之間各設(shè)置有一個(gè)側(cè)邊與明模切割線(2)長(zhǎng)邊相接的矩形開關(guān)(4)；所述明模切割線(2)與暗模開口環(huán)(3)之間的距離為d，且3w＜d＜p；其特征在于，所述介質(zhì)襯底(1)的另一個(gè)表面上附著有相對(duì)介電常數(shù)為ε2、厚度為h2的介質(zhì)匹配層(5)，其中，λ0表示真空中的工作波長(zhǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式太赫茲調(diào)制器單元，其特征在于：所述介質(zhì)襯底(1)，采用硅、氧化硅、氧化鋁、藍(lán)寶石、聚酰亞胺中的任意一種介質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式太赫茲調(diào)制器單元，其特征在于，所述介質(zhì)襯底(1)，其寬度p、高度q與明模切割線(2)的長(zhǎng)邊尺寸s分別滿足s＜p＜1.5s、s＜q＜1.5s，其厚度h滿足h＞h2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式太赫茲調(diào)制器單元，其特征在于，所述明模切割線(2)，位于介質(zhì)襯底(1)兩條寬邊中點(diǎn)的連線上，且其中心點(diǎn)與介質(zhì)襯底(1)上表面的中心法線重合，該明模切割線(2)的長(zhǎng)邊...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李龍，李銳杰，馮強(qiáng)，宋帥，劉海霞，雷高謀，韓家奇，史琰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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