[发明专利]一种太赫兹MEMS可重构功分器及其实现方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹MEMS可重构功分器及其实现方法。本发明采用第一和第二矩形波导设置在第一耦合波导的上端，第三和第四矩形波导设置在第二耦合波导的下端，通过第一和第二级联波导连接第一和第二耦合波导构成太赫兹波导功分器，MEMS角度执行器嵌入至第一和第二耦合波导内，通过向MEMS角度执行器的双晶片悬臂梁阵列施加偏置电压控制金属面旋转的角度；通过偏置电压调节MEMS角度执行器的角度，实现太赫兹波导功分器的输出功率比连续可调，同时，在不同的角度下分别具有太赫兹等分功分器、太赫兹10dB耦合器和太赫兹开关的功能；具备功率调节和功能复用的优势，能够应用于太赫兹阵列天线的增益调节、波束扫描和赋形。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术，具体涉及一种太赫兹MEMS可重构功分器及其实现方法。

背景技术

太赫兹(THz)波一般指频率在0.1～10THz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波，在长波段与毫米波相重合，在短波段与红外光相重合，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区。具有频带宽、穿透性强、波长短、能量低等特性，可以实现5G数百倍的数据容量和通信速率，实现反隐身高分辨率雷达、高精度定位成像、无损检测等功能。太赫兹技术在物体成像、环境监测、射电天文、宽带移动通讯、尤其是在卫星通讯和军用雷达等军事领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景，因此受到了国际学术界、产业界和各国政府极大的重视和关注。目前，太赫兹通信、雷达、成像等技术已经开始运用。但太赫兹射频前端系统仍然存在功耗高、发射功率有限、接收灵敏度低、收发功率可调性能差等诸多问题，大大限制了太赫兹技术及应用系统的集成化、智能化和产业化发展。发射机输出功率和接收灵敏度的问题可以通过提升器件和芯片性能解决，但太赫兹信号的功率调节实现方法仍然有限，传统的功率调节器件多为固定衰减模式，存在损耗大、控制精度低、稳定差等问题，无法满足太赫兹相控阵、MIMO通信等系统对多路太赫兹信号的低损耗和功率智能分配需求。

太赫兹功分器作为太赫兹射频前端的重要组成部分，既可以将一路信号分为多路，也可以将多路信号合成为一路，在阵列天线、相控雷达和功率合成网络中具有重要作用。而具有输出功率可调的太赫兹可重构功分器，可以用于太赫兹前端系统中对太赫兹信号的功率调节；也可以用于阵列天线的馈电系统中，利用幅度调控实现太赫兹天线的增益调节、波束扫描和赋形等功能。但当前太赫兹可重构功分器的相关研究较少，且存在可调范围小、精度低、损耗大、功能单一等问题，缺乏实用价值；因此，研究可调范围大、损耗低、精度高、功能复用的太赫兹可重构功分器具有重要意义。

发明内容

为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种太赫兹MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)可重构功分器及其实现方法，通过偏置电压调节MEMS角度执行器的角度，实现太赫兹波导功分器的输出功率大范围连续可调，同时，在不同的角度下能够分别具有太赫兹开关、太赫兹等分功分器、太赫兹10dB耦合器等功能，具备功率调节和功能复用的优势，能够应用于太赫兹阵列天线的增益调节、波束扫描和赋形。

本发明的一个目的在于提出一种太赫兹MEMS可重构功分器。

本发明的太赫兹MEMS可重构功分器包括：太赫兹波导功分器和MEMS角度执行器；

太赫兹波导功分器包括：第一至第四矩形波导、第一耦合波导、第二耦合波导、第一级联波导以及第二级联波导；其中，第一至第四矩形波导完全相同，第一和第二耦合波导完全相同，第一和第二级联波导完全相同；太赫兹波的传播面为xy平面，第一至第四矩形波导的传播方向沿y轴，第一和第二耦合波导的传播方向沿x轴；第一和第二矩形波导分别通过波导弯头连接至第一耦合波导的上端；第三和第四矩形波导分别通过波导弯头连接至第二耦合波导的下端；第一耦合波导的下端与第二耦合波导的上端通过第一级联波导和第二级联波导连接，第一级联波导和第二级联波导关于x轴对称；第一至第四矩形波导、第一和第二耦合波导以及第一和第二级联波导沿传播方向的横截面均为矩形；