基于微结构的太赫兹移相器研究

发布时间：2020-08-24 23:42

【摘要】：太赫兹移相器是太赫兹相控系统的重要器件之一,其性能和成本将直接影响太赫兹相控系统的性能和造价。目前,尽管伴随着新技术的发展以及工艺水平的提高,对太赫兹移相器的研究越来越多样化,但是还是缺乏有效的电路方法来表征太赫兹移相器和缺乏商用的太赫兹移相器组件。本论文针对当前太赫兹技术的发展趋势和应用需求,对太赫兹移相技术展开研究。论文详细地探讨了利用标准矩形波导WR-3加载微结构的方案实现太赫兹移相的特性以及相关技术。主要工作如下:(1)提出了利用矩形波导加载微结构的方案实现太赫兹移相的新设想。设计了两种微结构移相器,第一种是基于WR-3标准矩形波导加载“Ⅱ”字形微结构太赫兹移相器;第二种是基于WR-3标准矩形波导加载阻抗式微结构太赫兹移相器。(2)采用介质基片上微金属结构与太赫兹肖特基二极管的巧妙组合,利用太赫兹肖特基二极管在不同偏置电压状态下其阻抗可变的特性实现移相,获得了多个相移状态。(3)采用上述方案,对300GHz-325GHz频段的移相特性进行了模拟与实验研究。采用5个“Ⅱ”字形移相器单元,实现了32个不同状态的相移,模拟得到最大相移度数为109o,并且32个状态的平均插入损耗S_(21)≤0.45dB,平均回波损耗S_(11)≥20dB。加载阻抗式微结构的太赫兹移相器研究中,设计了3个移相单元,分别实现60°、120°、180o的不同状态的相位,每个状态的插入损耗S_(21)≤1dB,回波损耗S_(11)≥10dB。分别对加载阻抗式微结构的太赫兹移相器进行了静、动态测试实验,在310GHz~325GHz频段下静态测试实验获得了50o、150o和260o的不同状态的大角度移相;在300GHz~315GHz频段下动态测试实验,实现了平均相移33o、44o、53o、58o、76o和139o的电控调节。论文基于对称的探针结构加载方式的阻抗式移相方案为太赫兹移相器的研究提供了新的思路,为太赫兹波导结构的相控设备提供了技术储备。利用太赫兹肖特基二极管进行移相器的电控调节,为混合集成的太赫兹移相器电控方式提供了新的思路,为可集成化片上移相器提供了前期技术探索和技术储备。太赫兹器件中用到的石英基片存在打孔和异形切割难度较大的问题,而在移相器设计加工过程中对石英基片加工工艺的探索,丰富了混合集成太赫兹器件的实现形式。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN623
【图文】：

太赫兹,移相器,单元结构

电子科技大学硕士学位论文压全程控和在太赫兹(THz)频率下的低电压操作。 500lm 的单元在 1.17THz 的工作频率下，实现的-2 所示。其中该太赫兹移相器的单元结构如图 1于 PI 是均匀排列的，导致 E7 分子最初是平行于之间的电压增加，直至超过阈值电压时，E7 分子对于 THz 脉冲的有效折射率根据 E7 分子的取向角与可调相移直接相关，因此太赫兹时域光谱系统器。

测试数据,太赫兹,移相器

由于 PI 是均匀排列的，导致 E7 分子最初是平行于衬底取向的。随着两个透明电极之间的电压增加，直至超过阈值电压时，E7 分子逐渐切换到垂直方向，其中 E7 对于 THz 脉冲的有效折射率根据 E7 分子的取向角而变化。然而可控传输时间延迟与可调相移直接相关，因此太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）用于表征 THz 移相器。图 1-1 太赫兹移相器的单元结构图[18]

掺杂石墨,栅极电压,电导率,结构图

第一章绪论学基金会支持下提出了，基于具有缺陷接地结构（DGS）的石墨烯门控可切换器件（GSD）的太赫兹（THz）数字移相器的概念和设计[22]。如图 1-3 所示，是 GSD的结构说明，Vg 是施加栅电极电压，从而控制石墨烯的导电性。以及三种不同掺杂浓度的单层石墨烯电导率与施加在栅极上的电压 Vg 的函数关系。

【参考文献】