一个基于GaN Schottky屏障二极管的Terahertz元表面,用于高精度的相位控制和高速光束扫描

科学领域:

• 特拉赫兹 (THz) 技术的使用.
• 超材料和纳米光子学
• 半导体设备物理学 半导体设备物理

背景情况:

• 有效的波面控制对于太赫兹 (THz) 应用,如高定向光束成形和无线通信至关重要.
• 现有的THz相模技术在损耗,精度和速度方面面临限制,原因是材料限制和设备权衡.
• 基于化 (GaN) 的设备为高性能THz应用提供了潜力.

研究的目的:

• 开发可编程THz超表面 (GaNMS),克服低损失,精确和快速相调节的局限性.
• 设计和制造用于动态THz相位移动的GaNMS阵列.
• 通过使用GaNMS来展示强大的光束扫描和集成系统功能.

主要方法:

• 设计和制造一个32 × 25元的GaNMS阵列,使用高流动性2D电子气体的化Schottky屏障二极管.
• 单元电池性能的表征,包括连续相位调制范围 (0°210°),相位误差 (1.8°),调制速度 (>200 MHz) 和插入损失 (≈5 dB) 在0.32 THz.
• 实现差异演变优化算法,以减轻数组不均性,并实现光束扫描.

主要成果:

• 制造的GaNMS实现了从0°到210°的连续相位调制,平均相位误差低.
• 证明高调制速度超过200MHz,平均插入损失低约为5dB.
• 在模拟和数字模式中实现了强大的±45°光束扫描,具有显著的主叶增益 (分别为18.5 dBi和16 dBi).

结论:

• 开发的GaNMS有效地解决了对低损失,快速和精确THz相调节的需求.
• 集成的优化算法可以实现强大的光束转向,这对于实际系统实施至关重要.
• 对于下一代THz传感和通信系统,GaNMS技术显示出显著的前景.