[发明专利]一种基于微结构的太赫兹动态相位调制器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容