一种太赫兹二维独立控制反射阵天线的制作方法

本发明涉及电磁波传输功能器件，具体为一种太赫兹二维独立控制反射阵天线。

背景技术：

1、太赫兹波是一种仍有极大开发利用空间的新型电磁波谱，通常指频率介于0.1thz～10thz范围内的电磁波。该频率范围位于毫米波与红外波段之间，具有许多独特的电磁特性。因而使其在电子信息、生命科学、天文学、成像、通信、医疗、无损检测等领域具有极其重要的潜在利用价值。

2、超表面是物理和信息领域的研究热点之一，但是传统静态的超表面一旦制备完成，其功能就被固定下来，无法根据不同的环境需求实时调控电磁波，实现不同的功能。从20世纪90年代人工微结构超表面到2010年的编码超表面概念，再到2014年崔铁军院士提出信息编码超表面，超表面的形式已经从无源被动发展到了智能可控、数字化可编程等主动方式。它只对传入的信号进行反射或折射，不需要射频链路，避免了硬件复杂度和功耗的问题，并且可以进一步提升多天线规模，获得更高的波束赋形增益。2014年有学者提出了编码超材料的概念，设计了一种可独立控制的移相器谐振结构，在8.3-8.9ghz频带内相位差约为180°。单元可独立控制意味着可以通过控制超表面阵列中不同单元的状态实现不同的功能，对超表面阵列进行编码操作，从而实现电磁波的数字调节和实时调节。之后，许多学者对超材料的独立控制也进行了深入的研究。就目前研究成果来看，对于太赫兹波段仍然需要具有更高带宽的、可实现二维独立控制的反射阵天线。

3、为此，我们提出一种太赫兹二维独立控制反射阵天线。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，包括在同一平面内周期排布的多个天线单元，所述天线单元正交排列在垂直于太赫兹波入射平面上，所述天线单元沿入射方向从上至下依次为上表面的金属耦合缺口圆环、衬底介质基片以及下表面的耦合开关控制层；

3、所述耦合开关控制层包括半正八边形环状沟道，以及第一圆环沟道和第二圆环沟道，所述半正八边形环状沟道的内部设置有内半正八边形金属贴片，所述半正八边形环状沟道的外部设置有外侧金属结构，所述半正八边形环状沟道的左顶点设置有第一直角沟道，所述半正八边形环状沟道的左顶点通过第一直角沟道与第一圆环沟道连通设置，所述半正八边形环状沟道的右顶点设置有第二直角沟道，所述半正八边形环状沟道的右顶点通过第二直角沟道与第二圆环沟道连通设置，位于一个所述天线单元中在半正八边形环状沟道的顺时针45度方向左上斜边中点设置有第一电压控制开关管，位于一个所述天线单元中在半正八边形环状沟道的逆时针45度方向右上斜边中点处设置有第二电压控制开关管，所述第一电压控制开关管以及第二电压控制开关管的源极和漏极分别与内半正八边形金属贴片以及外侧金属结构电性连接，所述第一圆环沟道的内部设置有第一圆形金属贴片，所述第二圆环沟道的内部设置有第二圆形金属贴片，所述第一电压控制开关管以及第二电压控制开关管的栅极分别设置有铺设在第一直角沟道和第二直角沟道内部的栅极引出线，所述第一电压控制开关管通过栅极引出线与第一圆形金属贴片电性连接，所述第二电压控制开关管通过栅极引出线与第二圆形金属贴片电性连接。

4、可选的，所述天线单元的金属结构的材料选取金、银、铝、铜中的任一种。

5、可选的，所述衬底介质基片的材料选取蓝宝石、高阻硅、磷化铟、砷化镓、碳化硅中的任一种，所述衬底介质基片的厚度范围为100-300μm，优选为135μm。

6、可选的，所述第一电压控制开关管以及第二电压控制开关管为高电子迁移率晶体管hemt。

7、可选的，所述天线单元为正方形，所述天线单元的边长范围为550-1000μm，优选为700μm，所述半正八边形环状沟道宽度范围为10-100μm，优选为30μm，所述内半正八边形金属贴片边长范围为50-250μm，优选为160μm，所述第一圆环沟道以及第二圆环沟道宽度相等，所述第一圆环沟道以及第二圆环沟道宽度的范围为5-60μm，优选为9μm，所述栅极引出线宽范围为5-50μm，优选为16μm，所述第一圆形金属贴片以及第二圆形金属贴片半径相等，所述第一圆形金属贴片以及第二圆形金属贴片半径范围为50-100μm，优选为65μm。

8、可选的，所述金属耦合缺口圆环包括以圆环圆心为起点的第一射线沟道和第二射线沟道，所述金属耦合缺口圆环的第一射线沟道和第二射线沟道左右对称设置，所述金属耦合缺口圆环由第一射线沟道和第二射线沟道切割金属耦合圆环形成，所述金属耦合缺口圆环的内半径范围为5-50μm，优选为10μm，所述金属耦合缺口圆环的外半径范围为50-250μm，优选为120μm，第一射线沟道以及第二射线沟宽度相等，第一射线沟道以及第二射线沟宽度范围为15-50μm，优选为15μm。

9、可选的，所述第一直角沟道以及第二直角沟道宽度相等，所述第一直角沟道以及第二直角沟道宽度范围为5-60μm，优选为40μm，所述第一直角沟道以及第二直角沟道水平长度相等，所述第一直角沟道以及第二直角沟道水平长度范围为10-80μm，优选为40μm，所述第一直角沟道以及第二直角沟道竖直长度相等，所述第一直角沟道以及第二直角沟道竖直长度范围为50-150μm，优选为120μm。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

11、1、该太赫兹二维独立控制反射阵天线，通过将具有快速调制功能的晶体管作为本发明的核心动态功能材料，可实现高速的相移特性。

12、2、该太赫兹二维独立控制反射阵天线，可在太赫兹波段实现对电磁波相移的调控，在宽频带内实现移相效果，工作频带内实现稳定180°相移，带内工作波动小，调控效率高。

13、3、该太赫兹二维独立控制反射阵天线，通过将晶体管开关设置在芯片背面，芯片背面通过植球可直接连接到pcb电压控制板上，可实现对阵列每个单元的独立控制。

14、4、该太赫兹二维独立控制反射阵天线，通过电控来进行工作，从而实现相位的动态宽带调控。而不需要外加光激励、温度激励等其他较为复杂的激励方式，使得该器件在小型化、实用化与产量化方面具有很大的优势。

技术特征：

1.一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，包括在同一平面内周期排布的多个天线单元(1)，其特征在于，所述天线单元(1)正交排列在垂直于太赫兹波入射平面上，所述天线单元(1)沿入射方向从上至下依次为上表面的金属耦合缺口圆环(2)、衬底介质基片(3)以及下表面的耦合开关控制层(4)；

2.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，其特征在于，所述天线单元(1)的金属结构的材料选取金、银、铝、铜中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，其特征在于，所述衬底介质基片(3)的材料选取蓝宝石、高阻硅、磷化铟、砷化镓、碳化硅中的任一种，所述衬底介质基片(3)的厚度范围为100-300μm。

4.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，其特征在于，所述第一电压控制开关管(5)以及第二电压控制开关管(6)为高电子迁移率晶体管hemt。

5.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，其特征在于，所述天线单元(1)为正方形，所述天线单元(1)的边长范围为550-1000μm，所述半正八边形环状沟道(401)宽度范围为10-100μm，所述内半正八边形金属贴片(7)边长范围为50-250μm，所述第一圆环沟道(402)以及第二圆环沟道(403)宽度相等，所述第一圆环沟道(402)以及第二圆环沟道(403)宽度的范围为5-60μm，所述栅极引出线(9)宽范围为5-50μm，所述第一圆形金属贴片(10)以及第二圆形金属贴片(11)半径相等，所述第一圆形金属贴片(10)以及第二圆形金属贴片(11)半径范围为50-100μm。

6.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，其特征在于，所述金属耦合缺口圆环(2)包括以圆环圆心为起点的第一射线沟道和第二射线沟道，所述金属耦合缺口圆环(2)的第一射线沟道和第二射线沟道左右对称设置，所述金属耦合缺口圆环(2)由第一射线沟道和第二射线沟道切割金属耦合圆环形成，所述金属耦合缺口圆环(2)的内半径范围为5-50μm，所述金属耦合缺口圆环(2)的外半径范围为50-250μm，第一射线沟道以及第二射线沟宽度相等，第一射线沟道以及第二射线沟宽度范围为15-50μm。

7.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，其特征在于，所述第一直角沟道(405)以及第二直角沟道(406)宽度相等，所述第一直角沟道(405)以及第二直角沟道(406)宽度范围为5-60μm，，所述第一直角沟道(405)以及第二直角沟道(406)水平长度相等，所述第一直角沟道(405)以及第二直角沟道(406)水平长度范围为10-80μm，所述第一直角沟道(405)以及第二直角沟道(406)竖直长度相等，所述第一直角沟道(405)以及第二直角沟道(406)竖直长度范围为50-150μm。

技术总结本发明公开了一种太赫兹二维独立控制反射阵天线，包括在同一平面内周期排布的多个天线单元，所述天线单元正交排列在垂直于太赫兹波入射平面上，所述天线单元沿入射方向从上至下依次为上表面的金属耦合缺口圆环、衬底介质基片以及下表面的耦合开关控制层；所述耦合开关控制层包括半正八边形环状沟道，以及第一圆环沟道和第二圆环沟道，所述半正八边形环状沟道的内部设置有内半正八边形金属贴片。通过改变晶体管的通断来实现对太赫兹反射电磁波的相位调控，其通断状态通过外加电压大小予以控制，当改变结构中与晶体管电极相连的正电极线和负电极线所加载电压差时，晶体管将会出现截断或导通状态。技术研发人员：兰峰,李鹏飞,杨沐楠,王禄炀,宋天阳,何贵举受保护的技术使用者：南京数捷电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2