[发明专利]基于等离子体的可编程电/磁调控多功能器件及实现方法

说明书

本发明公开了一种基于等离子体的可编程电/磁调控多功能器件及实现方法，其结构包括单一的等离子体层，它由石英玻璃腔体、激励用电极阵列、背部的电控磁铁阵列（电控磁极阵列）及其内部的惰性气体组成。用编程控制得到的非磁化等离子体与磁化等离子体薄层来构成多层结构，并以分形数列为规律迭代构成基于非磁化等离子体/磁化等离子体多层结构。该款基于单层等离子体的可编程电/磁调控多功能器件实现简单，多功能集成于一体；且由单一的等离子体层构成，不含其它介质。通过对外部编程逻辑阵列的编程控制来实现对该器件功能间的切换，并易实现对工作频率的调谐、结构紧凑、易实现芯片一体化设计和工作带宽更宽等特点。

技术领域

本发明涉及一种基于等离子体的可编程电/磁调控多功能器件及实现方法，特别涉及一种基于单层等离子体的可编程电/磁调控多功能器件及实现方法，属于电子通信、微波器件技术以及等离子体实用技术领域。

背景技术

随着通信与信息技术的发展，人们对通信系统中微波组件和功能性器件提出更为苛刻的要求，过去功能单一的微波和射频器件已经很难满足现代通信系统的要求。功能单一的波导、全角反射器、模式分离器和隔离器已经不可能满足现代通信系统的构架要求，功能单一器件构建通信系统，不得不面临难以集成、电磁兼容性差和制作成本高等问题。另一方面，更为重要的是这些传统功能第一的功能性器件也很难实现工作频域的可调谐。换句话说，用频率可重构和功能可重构的功能性器件来构建现代通信系统成为一种主流的发展方向。

随着，人们对现代制造工艺、电子控制系统、计算技术和信息技术等相关领域的技术突破，使得通信系统中的功能性器件实现智能化、数字化和程序化控制成为了可能。这使得通信系统中的微波器件工作频率范围也可以从几GHz到几十GHz发展，还可以工作在毫米波，甚至还能工作在THz波段。通过程序化控制与计算技术相结合，使得通信系统中的微波器件或功能性器件能在实现功能重构的同时实现频率可重构，并能便于集成，实现小型化和芯片化的一体设计，以达到降低成本、提高系统的自由度和易于编程控制等目的。

显然，传统的设计思路满足上述要求。而用等离子体来构建通信系统中功能性器件则能够满足上述要求。等离子体在0.1GHz～1THz都能显现出类似金属的特性，且可以通过改变多种控制变量来改变其物理特性，如：激励电压、外加磁场、电子温度和气体压强等。尤为值得一提的是等离子体在外磁场的作用下能产生较为复杂的磁光效应如：Faraday和Voigt效应等。尤其是等离子体在Voigt效应下，TE和TM波在通过等离子体时显现出完全不同的介电常数，这意味着用等离子体本身而不需要引入其它介质就能完美的构建功能性器件，将低了制造的复杂度。这使得由等离子体参与构成的通信系统中的功能性器件有着更为广泛的应用前景。另一方面，对于等离子体而言，当外部激励电压发生改变时不仅只能得到激励和非激励这两种简单的状态，还能通过改变激励电压的大小来实现改变其等离子体密度(等离子体频率)的大小。而不同模式电磁波在等离子体中传播时的介电常数的大小也能通过外加磁场来改变。

因此，用单一的等离子体来设计和实现通信系统中多功能器件有着非常明显的优势。

发明内容