基于MEMS开关一体化的太赫兹可重构反射单元及阵列系统

基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元及阵列系统
技术领域
1.本发明涉及天线技术领域，特别是一种基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元及阵列系统。


背景技术：

2.相比于传统反射面和相控阵天线，反射阵列天线作为新一代高增益天线，具有低剖面、低成本和易共形等优点。同时，可重构反射阵列天线还具有灵活的辐射性能，使其适用于多种通信系统以及移动平台，在卫星通讯、大气遥感和探测雷达等领域的应用不断增加。近年来，由于6g通信等太赫兹(thz)通信技术的发展，thz可重构反射阵列天线也受到了广泛关注。相比于常用的电控开关如pin二极管和变容管，mems开关具有微型化、损耗小、集成度高、高频性能良好等优点，更适合用作thz可重构反射阵列的调制器件。


技术实现要素：

3.鉴于此，本发明提供一种基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元及阵列系统，将mems开关和可重反射单元进行一体化设计，有效降低在thz频率下由微小尺寸开关焊接带来的鲁棒性对阵列天线性能的影响，进而降低thz波束可调反射阵列的加工难度，提高可靠性和抗干扰性能，保证通信稳定。
4.本发明公开了一种基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元，包括：所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元由mems开关与反射单元一体化设计构成；所述mems开关包括信号线、电极和悬臂梁；所述反射单元包括辐射贴片、介质基板、过孔和底板；所述信号线与辐射贴片连接；所述介质基板设置在所述辐射贴片和所述底板之间；所述悬臂梁设置于所述介质基板上，在中间横跨所述信号线；所述悬臂梁通过过孔与底板连接；通过给电极供电驱动所述悬臂梁相对于所述信号线运动。
5.进一步的，所述介质基板设置于所述辐射贴片下侧和所述底板上侧；所述过孔分别位于所述悬臂梁两侧，穿过所述介质基板，其两端分别连接所述悬臂梁和所述底板；利用静电驱动的方式，控制悬臂梁的下拉和回弹，从而控制信号线和辐射贴片与底板的连接。
6.进一步的，所述介质基板的宽度在0.4λ
0-0.6λ0之间，λ0为中心频率处自由空间波长，所述介质基板的长度与宽度的比值在1-1.4之间；所述介质基板的厚度h与相对介电常数εr、截止频率fc之间的关系为：
[0007][0008]
其中，n为基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的场量沿厚度方向出现的半周期数目，c为真空中的光速。
[0009]
进一步的，所述信号线由金属层、电极和介质层组成；
[0010]
所述金属层在所述辐射贴片长边中心与其连接，和所述辐射贴片位于同一平面，所述电极设置于所述金属层上，位于所述金属层中间，所述介质层设置于所述金属层和所
述电极上。
[0011]
进一步的，所述辐射贴片的形状为正方形或长方形，其宽度w与所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的工作频率f、介质基板的相对介电常数εr之间的关系为：
[0012][0013]
其中，c为真空中的光速；所述辐射贴片的长度与宽度的比值在1-1.4之间。
[0014]
进一步的，所述电极的宽度与所述悬臂梁的宽度一致，其长度比所述信号线的宽度长0.1-0.2mm；所述过孔的材料为铜，直径等于所述悬臂梁的宽度。
[0015]
本发明还公开了一种基于上述所述的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的阵列系统，包括：馈源喇叭、直流偏置网络，波束可调反射阵列；所述波束可调反射阵列由多个所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元组成；所述馈源喇叭和所述直流偏置网络均位于所述波束可调反射阵列的同一侧；所述馈源喇叭向所述波束可调反射阵列发射对称的电磁波束；所述直流偏置网络与电极连接，用于改变所述波束可调反射阵列中的反射单元的状态。
[0016]
进一步的，所述直流偏置网络与电极连接，通过在所述电极处施加高电压或低电压来调控所述信号线与所述悬臂梁之间的静电力，从而控制所述悬臂梁的下拉与回弹，以改变所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的单元状态。
[0017]
进一步的，所述波束可调反射阵列产生反射角度在0
°‑
40
°
范围内的可重构波束，实现阵列系统的波束可调。
[0018]
进一步的，所述波束可调反射阵列中基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的相位补偿φ(xi，yi)为：
[0019][0020]
其中，(xi，yi)表示第i个所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元在笛卡尔坐标系中的x轴坐标和y轴坐标，θ0和表示所述波束可调反射阵列产生的反射波的波束指向，di表示第i个所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元与喇叭相位中心之间的距离，k0表示电磁波传播的波数。
[0021]
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：(1)将具有180
°
相位差的基于mems开关一体化设计的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元组成波束可调反射阵列，使波束可调反射阵列产生反射角度不同的可重构波束，实现波束可调，同时由于辐射贴片与mems开关实现一体化设计，减少了在thz频率下由微小尺寸开关焊接带来的鲁棒性对阵列天线性能的影响，进而提高波束可调反射阵列的抗干扰性能，保证通信稳定。(2)利用外接直流馈电网络来控制波束可调反射阵列中每个基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的相位，实现对基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元相位的实时调控，从而灵活地调控反射波束的波束指向，实现反射波束可调功能。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一
些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1(a)为本发明实施例的一种基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元立体结构图；
[0024]
图1(b)为本发明实施例的一种基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元主视图；
[0025]
图1(c)为本发明实施例的一种基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元俯视图；
[0026]
图2(a)为本发明实施例的一种mems开关立体结构图；
[0027]
图2(b)为本发明实施例的一种mems开关主视图；
[0028]
图2(c)为本发明实施例的一种mems开关俯视图；
[0029]
图3(a)为本发明实施例的一种悬臂梁下拉时mems开关的状态；
[0030]
图3(b)为本发明实施例的一种悬臂梁下拉后mems开关的隔离度随频率变化曲线；
[0031]
图4(a)本发明实施例的一种悬臂梁回弹时mems开关的状态；
[0032]
图4(b)为本发明实施例的一种悬臂梁回弹后mems开关的插入损耗和回波损耗随频率变化曲线；
[0033]
图5为本发明实施例的一种基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元反射相位随频率变化曲线；
[0034]
图6为本发明实施例的一种thz波束可调反射阵列的结构示意图；
[0035]
图7为本发明实施例的一种馈源喇叭的尺寸示意图；
[0036]
图8为本发明实施例的一种馈源喇叭的仿真结果图；
[0037]
图9(a)为本发明实施例的一种thz波束可调反射阵列在反射角度为0
°
时的阵面相位分布图：
[0038]
图9(b)为本发明实施例的一种thz波束可调反射阵列在反射角度为20
°
时的阵面相位分布图：
[0039]
图9(c)为本发明实施例的一种thz波束可调反射阵列在反射角度为40
°
时的阵面相位分布图；
[0040]
图10(a)为本发明实施例的一种thz波束可调反射阵列在反射角度为0
°
时的仿真结果图：
[0041]
图10(b)为本发明实施例的一种thz波束可调反射阵列在反射角度为20
°
时的仿真结果图：
[0042]
图10(c)为本发明实施例的一种thz波束可调反射阵列在反射角度为40
°
时的仿真结果图。
[0043]
附图标记：
[0044]
1-辐射贴片、2-介质基板、3-底板、4-mems开关、5-过孔、41-信号线、42-悬臂梁、411-金属层、412-电极、413-介质层、4111-50ω线、4112-高阻线、4113-70ω线。
具体实施方式
[0045]
结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，
都应当属于本发明实施例保护的范围。
[0046]
实施例1：
[0047]
如图1(a)至图1(c)所示，本实施例公开了一种基于mems开关一体化设计的可重构反射单元，基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元工作在thz频段，包括辐射贴片1、介质基板2、底板3、mems开关4和过孔5，mems开关4由信号线41和悬臂梁42组成，信号线41由金属层411、电极412和介质层413组成。介质基板2叠置于辐射贴片1下侧和底板3上侧。金属层411在辐射贴片1的长边中心与其连接，和辐射贴片1位于同一平面，电极412叠置于金属层411上，位于金属层411中间，介质层413叠置于金属层411和电极412上。悬臂梁42叠置于介质基板2上，在中间横跨信号线41，两个过孔5分别位于悬臂梁42两侧，穿过介质基板2，其两端分别连接悬臂梁42和底板3。利用静电驱动的方式，控制悬臂梁42的下拉和回弹，从而控制信号线41和辐射贴片1与底板3的连接，两种单元状态具有180
°
的相位差，即基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元在一定的频带范围内可以实现180
°
的反射相位。
[0048]
为了保证基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元中辐射贴片能最大程度地接收电磁波，并在中心频率处实现最优的反射性能，同时尽可能减少辐射贴片上表面波的影响，辐射贴片1的形状为正方形或长方形，其宽度w与基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的工作频率f、介质基板的相对介电常数εr有如下关系：
[0049][0050]
其中，c为真空中的光速，辐射贴片的长度与宽度的比值在1-1.4之间。
[0051]
为了满足微机电加工工艺需求，介质基板2的材料大多采用石英玻璃和高阻硅，相对介电常数εr分别为3.78和11.9；为了保证基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的反射效率，减少在反射过程中高次模的产生和电磁场畸变，介质基板2的宽度约为0.5λ0，λ0为中心频率处自由空间波长，介质基板2的长度与宽度的比值在1-1.4之间；为了保证基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的工作频率大于截止频率，并进一步减少辐射贴片上表面波的影响，介质基板2的厚度h与相对介电常数εr、截止频率fc存在如下关系：
[0052][0053]
其中，n为基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元场量沿厚度方向出现的半周期数目，c为真空中的光速。
[0054]
为了保证基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的电磁波反射性能，减少电磁波透射，底板的尺寸与介质基板相同。
[0055]
辐射贴片、底板3、信号线的金属层411和悬臂梁42的材料都为金属，相对介电常数εr为1，金属溅射层的厚度为0.001mm-0.003mm；为了保证微机电加工过程中金属材料的抗腐蚀性，同时避免电极加电后造成静电击穿，作为优选，金属材料大多采用金。
[0056]
为了保证在不加载直流偏置信号时，悬臂梁与信号线间的隔离度，同时降低mems开关的驱动电压和开关时间，悬臂梁与信号线介质层间的初始距离为2-10μm；为了保证mems开关在中心频率处有最优的隔离度和插入损耗，利用商业仿真软件hfss确定悬臂梁的长度和宽度。
[0057]
信号线的金属层411的宽度linew，与金属溅射层的厚度t，介质基板2的厚度h以及相对介电常数εr有如下关系：
[0058][0059]
其中，z表示信号线的特性阻抗，其值与辐射贴片1形成阻抗匹配。信号线的金属层411的长度大于悬臂梁42的宽度，小于介质基板2的长度的0.25倍。
[0060]
为了防止悬臂梁下拉时金属与金属的直接接触，延长mems开关的寿命，信号线的介质层413被用来隔离悬臂梁和信号线金属层，材料为高介电常数介质，尺寸与信号线金属层完全相同；由于介电常数过高的介质击穿场强往往比较低，并且拥有更高的陷阱密度，因此为了满足工程需求，信号线的介质层413的常用材料为si3n4，相对介电常数εr为7，厚度为0.15-0.18μm。
[0061]
为了保证直流偏置信号加载的稳定性，电极412的宽度与悬臂梁42的宽度一致，长度超过信号线宽度0.1-0.2mm。
[0062]
为了满足tsv工艺要求，过孔5的材料为铜，直径等于悬臂梁42的宽度。
[0063]
辐射贴片1的形状为正方形或长方形，辐射贴片1的宽度为0.66mm，长度为0.9mm，长宽比为1.36，目的是保证基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元中辐射贴片能最大程度地接收电磁波，并在中心频率处实现最优的反射性能，同时尽可能减少辐射贴片上表面波的影响。介质基板2的材料为石英玻璃，相对介电常数εr分别为3.78，目的是满足微机电加工工艺需求。介质基板2的宽度为1.4mm，约为0.5λ0(λ0为中心频率处自由空间波长)，长度为1.8mm，长宽比为1.29，目的是保证基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的反射效率，减少在反射过程中高次模的产生和电磁场畸变。介质基板2的厚度为0.101mm，目的是保证基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的工作频率大于截止频率，并进一步减少辐射贴片上表面波的影响。底板3的尺寸与介质基板2相同，目的是保证基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的电磁波反射性能，减少电磁波透射。辐射贴片1和底板3的材料都为金，相对介电常数εr为1，金属溅射层的厚度为0.001mm，目的是保证微机电加工过程中金属材料的抗腐蚀性。
[0064]
在本实施例中，如图2(a)至图2(c)所示，mems开关4由信号线41和悬臂梁42组成，信号线41由金属层411、电极412和介质层413组成。金属层411由50ω线4111、高阻线4112，以及70ω线4113组成。70ω线4113于悬臂梁42正下方，高阻线4112分别位于70ω线4113前后两侧，高阻线4112两端分别连接50ω线4111和70ω线4113，50ω线4111两端分别连接辐射贴片1和高阻线4112。50ω线4111的宽度为50μm，长度为90μm，目的是保证其特征阻抗与辐射贴片1的特征阻抗形成阻抗匹配。70ω线4113的宽度为65μm，长度为70μm，目的是补偿由悬臂梁42产生的容性负载导致的信号线41特性阻抗的降低。高阻线4112的宽度为65μm，长度为70μm，目的是作为串联电感，使信号线41在工作频率下实现良好的匹配。电极412的宽度与悬臂梁42的宽度一致，长度超过信号线41的宽度0.2mm。目的是保证直流偏置信号加载的稳定性。介质层413的长度和宽度与金属层完全相同，目的是隔离悬臂梁42和金属层411，防止悬臂梁42下拉时金属与金属的直接接触，以延长mems开关4的寿命，介质层413的材料为si3n4，相对介电常数εr为7，厚度为0.15-0.18μm，目的是提高介质击穿场强，降低陷
阱密度。
[0065]
在本实施例中，信号线41和悬臂梁42的材料都为金，相对介电常数εr为1，金属溅射层的厚度为0.001mm，目的是避免电极加电后造成静电击穿。悬臂梁42与介质层413间的初始距离为10μm，目的是保证在不加载直流偏置信号时，悬臂梁42与信号线41间的隔离度，同时降低mems开关4的驱动电压和开关时间。悬臂梁42的长度为250μm和宽度为60μm，目的是保证mems开关4在中心频率处有最优的隔离度和插入损耗。过孔5的材料为铜，直径等于悬臂梁42的宽度，目的是满足tsv工艺的要求。
[0066]
如图3(a)和3(b)所示，在电极412加载直流偏置信号时，悬臂梁42受到静电力下拉，并与信号线41接触，在中心频率110ghz上mems开关4的隔离度小于-60db。
[0067]
如图4(a)和4(b)所示，在电极412不加载直流偏置信号时，悬臂梁42回弹，在中心频率94ghz上mems开关4的回波损耗小于15db，插入损耗约为odb。
[0068]
如图5所示，在中心频率110ghz处，在电极412加载直流偏置信号时，悬臂梁42下拉，辐射贴片1与底板3连接，此时单元状态为开关导通，基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的反射相位为82.89
°
，在电极412不加载直流偏置信号时，悬臂梁42回弹，辐射贴片1不与底板3连接，此时单元状态为开关断开，基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的反射相位为-69.83
°
，在这两种单元状态下，反射相位差约为152.72
°
。在107.5ghz-111.5ghz的频率范围内，两种单元状态的反射相位差均在180
°±
30
°
的范围内。
[0069]
实施例2：
[0070]
如图6所示，本实施例公开的一种thz阵列系统，thz阵列系统工作在thz频段，包括可thz波束可调反射阵列、馈源喇叭和直流偏置网络。具有180
°
相位差的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元按照阵列排布，组成波束可调反射阵列。馈源喇叭位于波束可调反射阵列的一侧，馈源喇叭等效相位中心到波束可调反射阵列几何中心的距离根据馈源喇叭的口径效率确定，其向波束可调反射阵列发射e面h面对称的电磁波束。直流偏置网络位于波束可调反射阵列的同一侧表面，直流偏置网络与mems开关的电极412连接，通过在电极412处施加高电压或低电压来调控信号线41与悬臂梁42之间的静电力，从而控制悬臂梁42的下拉与回弹，以改变基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的单元状态。波束可调反射阵列产生反射角度在0
°‑
40
°
范围内的可重构波束，实现波束可调，同时由于辐射贴片1与mems开关4实现一体化设计，减少了在thz频率下由微小尺寸开关焊接带来的鲁棒性对阵列天线性能的影响，进而提高波束可调反射阵列的抗干扰性能，保证通信稳定。
[0071]
如图7所示，在本实施例中，馈源喇叭采用天顶增益为20db的标准增益角锥喇叭，波导口面尺寸为2.032mm
×
1.016mm，波导长度为2.73mm，喇叭口面尺寸为12.15mm
×
9.57mm，喇叭长度为15mm，目的是保证馈源喇叭出射波束的旋转对称性，提高馈源喇叭的照射效率和溢出效率。
[0072]
如图8所示，馈源喇叭的e面和h面方向图在最高增益下降5db以内的波束宽度分别为10
°
和13
°
，宽度基本一致，证明馈源喇叭具有良好的旋转对称性，满足反射阵对馈源喇叭的要求。
[0073]
thz波束可调反射阵列由15
×
15个基于mems开关一体化设计的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元组成，基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的相位补偿φ有如下关系：
[0074][0075]
(xi，yi)表示第i个基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元在笛卡尔坐标系中的位置，表示波束可调反射阵列产生的反射波的波束指向，di表示第i个基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元与喇叭相位中心之间的距离，k0表示电磁波传播的波数。
[0076]
对计算得到的理想状态下基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的连续相位补偿值进行1-bit量化处理，量化关系如下：
[0077][0078]
其中，φ为基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的连续补偿相位，φ1为悬臂梁42在回弹状态下基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的补偿相位，φ1+180
°
为悬臂梁42在下拉状态下基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的补偿相位，(φ
l
，φh)为量化至悬臂梁42在回弹状态下的相位区间，((φ
l
，φh)的相位区间差值为180
°
。
[0079]
如图9(a)至9(c)所示，根据基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的相位补偿φ关系和相位量化关系，利用matlab进行阵列相位综合，得到thz波束可调反射阵列各单元在反射角度为0
°
、20
°
和40
°
时的1-bit相位分布，其中状态1单元表示阵列单元的悬臂梁42回弹，状态2单元表示阵列单元的悬臂梁42下拉。
[0080]
如图10(a)至10(c)所示，在中心频率110ghz下，thz波束可调反射阵列在反射角度为0
°
、20
°
和40
°
时的增益分别为22.3db、21.79db和20.46db，旁瓣电平约为-15db，在可调范围内反射增益下降小于2db，实现了良好的波束可调功能。
[0081]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元，其特征在于，包括：所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元由mems开关与反射单元一体化设计构成；所述mems开关包括信号线、电极和悬臂梁；所述反射单元包括辐射贴片、介质基板、过孔和底板；所述信号线与辐射贴片连接；所述介质基板设置在所述辐射贴片和所述底板之间；所述悬臂梁设置于所述介质基板上，在中间横跨所述信号线；所述悬臂梁通过过孔与底板连接；通过给电极供电驱动所述悬臂梁相对于所述信号线运动。2.根据权利要求1所述的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元，其特征在于，所述介质基板设置于所述辐射贴片下侧和所述底板上侧；所述过孔分别位于所述悬臂梁两侧，穿过所述介质基板，其两端分别连接所述悬臂梁和所述底板；利用静电驱动的方式，控制悬臂梁的下拉和回弹，从而控制信号线和辐射贴片与底板的连接。3.根据权利要求1所述的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元，其特征在于，所述介质基板的宽度在0.4λ
0-0.6λ0之间，λ0为中心频率处自由空间波长，所述介质基板的长度与宽度的比值在1-1.4之间；所述介质基板的厚度h与相对介电常数ε
r
、截止频率f
c
之间的关系为：其中，n为基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的场量沿厚度方向出现的半周期数目，c为真空中的光速。4.根据权利要求1所述的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元，其特征在于，所述信号线由金属层、电极和介质层组成；所述金属层在所述辐射贴片长边中心与其连接，和所述辐射贴片位于同一平面，所述电极设置于所述金属层上，位于所述金属层中间，所述介质层设置于所述金属层和所述电极上。5.根据权利要求1所述的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元，其特征在于，所述辐射贴片的形状为正方形或长方形，其宽度w与所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的工作频率f、介质基板的相对介电常数ε
r
之间的关系为：其中，c为真空中的光速；所述辐射贴片的长度与宽度的比值在1-1.4之间。6.根据权利要求1所述的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元，其特征在于，所述电极的宽度与所述悬臂梁的宽度一致，其长度比所述信号线的宽度长0.1-0.2mm；所述过孔的材料为铜，直径等于所述悬臂梁的宽度。7.一种基于权利要求1-6任一项所述的基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的阵列系统，其特征在于，包括：馈源喇叭、直流偏置网络，波束可调反射阵列；所述波束可调反射阵列由多个所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元组成；所述馈源喇叭和所述直流偏置网络均位于所述波束可调反射阵列的同一侧；所述馈源喇叭向所述波束可调反射阵列发射对称的电磁波束；所述直流偏置网络与电极连接，用于改变所述波束可调反射阵列中的反射单元的状态。
8.根据权利要求7所述的阵列系统，其特征在于，所述直流偏置网络与电极连接，通过在所述电极处施加高电压或低电压来调控所述信号线与所述悬臂梁之间的静电力，从而控制所述悬臂梁的下拉与回弹，以改变所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的单元状态。9.根据权利要求7所述的阵列系统，其特征在于，所述波束可调反射阵列产生反射角度在0
°‑
40
°
范围内的可重构波束，实现阵列系统的波束可调。10.根据权利要求7所述的阵列系统，其特征在于，所述波束可调反射阵列中基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元的相位补偿φ(x
i
,y
i
)为：其中，(x
i
,y
i
)表示第i个所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元在笛卡尔坐标系中的x轴坐标和y轴坐标，θ0和表示所述波束可调反射阵列产生的反射波的波束指向，d
i
表示第i个所述基于mems开关一体化的太赫兹可重构反射单元与喇叭相位中心之间的距离,k0表示电磁波传播的波数。

技术总结
本发明公开了一种基于MEMS开关一体化的太赫兹可重构反射单元及阵列系统，基于MEMS开关一体化的太赫兹可重构反射单元由MEMS开关与反射单元一体化设计构成；MEMS开关包括信号线、电极和悬臂梁；反射单元包括辐射贴片、介质基板、过孔和底板；信号线与辐射贴片连接；介质基板叠置在辐射贴片和底板之间；悬臂梁叠置于介质基板上，在中间横跨信号线；悬臂梁通过过孔与底板连接；通过给电极供电驱动悬臂梁相对于信号线运动。本发明将MEMS开关和可重反射单元进行一体化设计，有效降低在THz频率下由微小尺寸开关焊接带来的鲁棒性对阵列天线性能的影响，进而降低THz波束可调反射阵列的加工难度，提高可靠性和抗干扰性能，保证通信稳定。保证通信稳定。保证通信稳定。


技术研发人员：李斌 彭凯雯 于伟华 曹硕 吕昕
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1