CN108281737B - 一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器。它包括硅基底层、3层无裂环谐振结构、4层BCB材料介质，第一BCB材料介质层附在硅基底层上方，第一BCB材料介质层上方依次为第一无裂环谐振结构层、第二BCB材料介质层、第二无裂环谐振结构层、第三BCB材料介质层、第三无裂环谐振结构层和第四BCB材料介质层；每层无裂环谐振结构由两层BCB材料夹持形成三明治夹层结构，每层无裂环谐振结构是由一层铝薄膜挖去四个呈2×2阵列分布的缺角正方形而形成的，四个缺角正方形均贯通该层铝薄且缺角一侧均朝向该层铝膜中心。本发明实现了太赫兹波的移相，具有结构简单，损耗小，设计原理简单等优点。

Description

一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器
技术领域
本发明涉及太赫兹波移相器，尤其涉及一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器。
背景技术
太赫兹(Terahertz，THz)波是电磁波频谱中介于微波/毫米波和红外之间的特殊频谱，是开发相对不成熟的频谱波段。该波段电磁波具有独特的性质，非金属物质对太赫兹波吸收较少，因此其具有较强的穿障能力；同时太赫兹波相对于X波段波长短、频率高，具有更高的探测精度与数据传输率。如果将相控阵雷达的工作频段拓展至太赫兹波段，有利于穿障探测、高分辨成像、微小型化等，将有望开拓新的应用领域。
移相器是相控阵雷达信号预处理器件中使用数量最大的基础器件之一，其数量与阵列中的天线数量成正比。随着全数字化雷达的发展，直接数字合成成为相移电磁信号生成的首选方式。但以目前的数字电路发展水平，DDS合成太赫兹波面临较大挑战，需要探索新的移相预处理方法。因此非常有必要研究一种高效率、结构简单并且紧凑的太赫兹波移相器来满足太赫兹波技术发展的需要。
发明内容
本发明为了克服现有技术不足，提供一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
基于超材料的高透射型太赫兹移相器，其包括硅基底层、3层无裂环谐振结构、4层BCB材料介质，第一BCB材料介质层附在硅基底层上方，第一BCB材料介质层上方依次为第一无裂环谐振结构层、第二BCB材料介质层、第二无裂环谐振结构层、第三BCB材料介质层、第三无裂环谐振结构层和第四BCB材料介质层；每层无裂环谐振结构由两层BCB材料夹持形成三明治夹层结构，每层无裂环谐振结构是由一层铝薄膜挖去四个呈2×2阵列分布的缺角正方形而形成的，四个缺角正方形均贯通该层铝薄且缺角一侧均朝向该层铝膜中心。太赫兹移相器中的每一层均呈中心对称，基于该对称结构，无论z轴上的太赫兹波的入射方向是什么，其传播特性都是一样的。沿x轴方向入射的是TM模式，沿y轴方向入射的是TE模式，两种入射方向的太赫兹波经过此移相器后，太赫兹波都发生了相移且曲线近似。实现了太赫兹波的移相。
基于上述方案，可进一步采用如下优选方式：
所述的硅基底层的宽度为54～58μm，长度为54～58μm，厚度为46～50μm。所述的第一BCB材料介质层，长度为54～58μm，宽度为54～58μm，厚度为4.5～8.5μm。所述的第二BCB材料介质层，长度为54～58μm，宽度为54～58μm，厚度为30～34μm。所述的第三BCB材料介质层，长度为54～58μm，宽度为54～58μm，厚度为7～11μm。所述的第四BCB材料介质层，长度为54～58μm，宽度为54～58μm，厚度为4～8μm。所述的每层无裂环谐振结构，材料是金属铝，整体长度为54～58μm，整体宽度为54～58μm，整体厚度为0.1～0.3μm；每层无裂环谐振结构的边缘线与所述缺角正方形边缘之间的宽为3～5μm，每层无裂环谐振结构中相对角的两个缺角正方形缺角处的斜边之间距离为18～22μm。
本发明基于对称结构，无论z轴上的太赫兹波的入射方向是什么，其传播特性都是一样的。沿x轴方向入射的是TM模式，沿y轴方向入射的是TE模式，两种入射方向的太赫兹波经过此移相器后，太赫兹波都发生了相移且曲线近似，实现了太赫兹波的移相。本发明具有结构简单，损耗小，设计原理简单等优点。
附图说明：
图1是基于超材料的高透射型太赫兹移相器三维结构示意图。图中TE mode和Tmmode中三个参数分别为电矢量E，磁矢量H和传播方向k。
图2是基于超材料的高透射型太赫兹移相器的无裂环谐振结构图。
图3是基于超材料的高透射型太赫兹移相器仿真和测试透射率曲线图。
图4是基于超材料的高透射型太赫兹移相器仿真和测试相位延迟曲线图。
具体实施方式
如图1～2所示，基于超材料的高透射型太赫兹移相器，它包括硅基底层1、3层无裂环谐振结构、4层BCB材料介质，第一BCB材料介质层2附在硅基底层1上方，第一BCB材料介质层2上方依次为第一无裂环谐振结构层3、第二BCB材料介质层4、第二无裂环谐振结构层5、第三BCB材料介质层6、第三无裂环谐振结构层7和第四BCB材料介质层8；每层无裂环谐振结构由两层BCB材料夹持形成三明治夹层结构，每层无裂环谐振结构是由一层铝薄膜挖去四个呈2×2阵列分布(矩形阵列)的缺角正方形9而形成的，四个缺角正方形9均贯通该层铝薄且缺角一侧均朝向该层铝膜中心。基于对称结构，无论z轴上的太赫兹波的入射方向是什么，其传播特性都是一样的。沿x轴方向入射的是TM模式，沿y轴方向入射的是TE模式，两种入射方向的太赫兹波经过此移相器后，太赫兹波都发生了相移且曲线近似。实现了太赫兹波的移相。
各元件的具体参数可选择如下：硅基底层1的宽度为54～58μm，长度为54～58μm，厚度为46～50μm。第一BCB材料介质层2，长度为54～58μm，宽度为54～58μm，厚度为4.5～8.5μm。第二BCB材料介质层4，长度为54～58μm，宽度为54～58μm，厚度为30～34μm。第三BCB材料介质层6，长度为54～58μm，宽度为54～58μm，厚度为7～11μm。第四BCB材料介质层8，长度为54～58μm，宽度为54～58μm，厚度为4～8μm。每层无裂环谐振结构的结构相同，材料均是金属铝，层无裂环谐振结构的整体长度均为54～58μm，整体宽度均为54～58μm，整体厚度均为0.1～0.3μm；每层无裂环谐振结构的边缘线与缺角正方形9边缘之间的宽W1为3～5μm，W1是指铝膜的边缘与缺角正方形9最靠近铝膜边缘的两条边之间的最短距离，拐角处距离另算。每个缺角正方形9所缺的角均为等边直角三角形。每层无裂环谐振结构中相对角的两个缺角正方形9缺角处的斜边之间距离W2为18～22μm。四条斜边延长后构成了一个正方形，W2即为该正方形的边长。
实施例1
本实施例中，基于超材料的高透射型太赫兹移相器结构如前所述(图1～2)，不再赘述。但各部件的具体参数如下：硅基底层1的宽度为56μm，长度为56μm，厚度为48μm。第一BCB材料介质层2，长度为56μm，宽度为56μm，厚度为6.5μm。第二BCB材料介质层4，长度为56μm，宽度为56μm，厚度为32μm。第三BCB材料介质层6，长度为56μm，宽度为56μm，厚度为9μm。第四BCB材料介质层8，长度为56μm，宽度为56μm，厚度为68μm。每层无裂环谐振结构的材料均是金属铝膜，整体长度均为56μm，整体宽度均为56μm，整体厚度均为0.3μm；第一无裂环谐振结构层3、第二无裂环谐振结构层5、第三无裂环谐振结构层7中的每层无裂环谐振结构，其边缘线与缺角正方形9边缘之间的宽W1为4μm。每个缺角正方形9所缺的角均为等边直角三角形。每层无裂环谐振结构中相对角的两个缺角正方形9缺角处的斜边之间距离W2为20μm。该基于超材料的高透射型太赫兹移相器的各项性能指标采用CST软件进行测试，如图3和4所示，通过调节入射太赫兹波的频率，得到在0.95THz频率点时，太赫兹波的相位延迟达到了π/2，并且透射率高达91％，实现了太赫兹波的相移功能。

Claims (7)

1.一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器，其特征在于包括硅基底层（1）、3层无裂环谐振结构、4层BCB材料介质，第一BCB材料介质层（2）附在硅基底层（1）上方，第一BCB材料介质层（2）上方依次为第一无裂环谐振结构层（3）、第二BCB材料介质层（4）、第二无裂环谐振结构层（5）、第三BCB材料介质层（6）、第三无裂环谐振结构层（7）和第四BCB材料介质层（8）；每层无裂环谐振结构由两层BCB材料夹持形成三明治夹层结构，每层无裂环谐振结构是由一层铝薄膜挖去四个呈2×2阵列分布的缺角正方形（9）而形成的，四个缺角正方形（9）均贯通该层铝薄膜且缺角一侧均朝向该层铝薄膜中心；太赫兹移相器中的每一层均呈中心对称。
2.根据权利要求1所述的一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器，其特征在于所述的硅基底层（1）的宽度为54~58μm，长度为54~58μm，厚度为46~50μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器，其特征在于所述的第一BCB材料介质层（2），长度为54~58μm，宽度为54~58μm，厚度为4.5~8.5μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器，其特征在于所述的第二BCB材料介质层（4），长度为54~58μm，宽度为54~58μm，厚度为30~34μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器，其特征在于所述的第三BCB材料介质层（6），长度为54~58μm，宽度为54~58μm，厚度为7~11μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器，其特征在于所述的第四BCB材料介质层（8），长度为54~58μm，宽度为54~58μm，厚度为4~8μm。
7.根据权利要求1所述的一种基于超材料的高透射型太赫兹移相器，其特征在于所述的每层无裂环谐振结构，材料是金属铝，整体长度为54~58μm，整体宽度为54~58μm，整体厚度为0.1~0.3μm；每层无裂环谐振结构的边缘线与所述缺角正方形（9）边缘之间的宽为3~5μm，每层无裂环谐振结构中相对角的两个缺角正方形（9）缺角处的斜边之间距离为18~22μm。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110779456A (zh) * 2019-11-08 2020-02-11 桂林电子科技大学 一种太赫兹波段超表面相移装置及其测量方法
CN111900552B (zh) * 2020-08-13 2022-01-18 中国计量大学 一种具有吸收功能的温控反射式太赫兹极化转换器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101449203A (zh) * 2006-04-24 2009-06-03 剑桥实业有限公司 液晶器件
CN103575403A (zh) * 2012-07-18 2014-02-12 北京大学 一种基于mems技术的太赫兹焦平面阵列
CN206180122U (zh) * 2016-10-28 2017-05-17 东南大学 应用于太赫兹波段的3‑比特透射式电磁编码超材料结构
CN107394318A (zh) * 2017-07-14 2017-11-24 合肥工业大学 一种用于反射式可调移相器的液晶移相单元
US9835924B1 (en) * 2016-10-11 2017-12-05 National Sun Yat-Sen University Silicon based terahertz full wave liquid crystal phase shifter
CN107611535A (zh) * 2017-08-23 2018-01-19 电子科技大学 基于异形结构的液晶微波器件

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101449203A (zh) * 2006-04-24 2009-06-03 剑桥实业有限公司 液晶器件
CN103575403A (zh) * 2012-07-18 2014-02-12 北京大学 一种基于mems技术的太赫兹焦平面阵列
US9835924B1 (en) * 2016-10-11 2017-12-05 National Sun Yat-Sen University Silicon based terahertz full wave liquid crystal phase shifter
CN206180122U (zh) * 2016-10-28 2017-05-17 东南大学 应用于太赫兹波段的3‑比特透射式电磁编码超材料结构
CN107394318A (zh) * 2017-07-14 2017-11-24 合肥工业大学 一种用于反射式可调移相器的液晶移相单元
CN107611535A (zh) * 2017-08-23 2018-01-19 电子科技大学 基于异形结构的液晶微波器件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于电磁超材料和光子晶体的可调太赫兹波器件研究;程伟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科学辑》;20150215(第2期);21-62 *

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