透红外辐射的毫米波天线研究

本项目以毫米波天线理论和半导体薄膜能带理论为基础，利用毫米波微带天线的设计原理，采用透红外辐射的半导体薄膜替代以往的微带天线中的金属贴片（薄膜）和接地板，解决透红外辐射的毫米波天线的设计、半导体薄膜生长工艺等基础问题，研制出可验证和评价其特性的透红外辐射的毫米波天线原理样机。同时探索毫米波和红外辐射同时工作时将产生相互影响的因素及相关的物理特性依存关系。力求解决透红外辐射的毫米波天线可行性基础问题，为毫米波/红外双模复合探测与识别系统应用奠定基础。

为实现毫米波/红外双模复合探测与识别技术，特别是为满足毫米波/红外双模共口径探测系统应用的需求，透红外的毫米波天线是核心技术，国内外未见该类研究报告。传统的毫米波微带天线介质衬底是介电常数较小的非透红外辐射的材料，辐射单元贴片通常是铜薄膜，也不透红外辐射。透红外的材料大都是绝缘体，电磁辐射很弱。那么，能否找到一种材料即能透过一定程度的红外辐射又有比较好的导电特性？本研究就是探索这样的材料和研制出原理样机。. 单晶半导体材料是候选之一，铝氧铜薄膜也具有半导体特性，近期研究很热的石墨烯都具有一定的导电和红外辐射透过特性。我们对上述几种材料进行了探索研究，主要通过上述材料制备工艺研究，力争获取导电性能好和红外透过率高的指标，满足毫米波天线的制备要求。开展了上述薄膜材料的毫米波天线设计和仿真以及毫米波天线特性测试与分析研究，获取了InSb薄膜、铝氧铜薄膜生长实验数据和工艺优化方法、石墨烯理论上分析，最有潜力适合本研究，红外透过率在较宽波段都很大，但由于目前所获得的材料的面电阻（sheet resistance）还较高，还远没达到理想参数，我们通过单层4次转移蓝宝石衬底上大幅降低了面电阻，再通过硝酸参杂获取了面电阻为50Ω/□的透红外薄膜。通过我们仿真和与国外有关石墨烯研究报道对比，若能进一步改进石墨烯工艺，进一步降低面电阻，石墨烯将在透红外的导电薄膜领域中显示不可比拟的优势，也可能成为透红外毫米波天线的最佳候选材料。在上述材料暂时还需改进的同时，我们尝试了一种在蓝宝石透红外衬底上制备金属网格式天线研究，取得了红外透过率为大于60%，4元天线增益为1.2dB的较好成果，此类透红外的毫米波天线国内外未见报道，该研究论文正在国外某期刊审阅之中。总之，透红外毫米波天线技术的研究和目前所取得的成果，为毫米波/红外双模复合探测与识别技术的进步奠定了一定的基础。