專利名稱：高頻電信號控制器和感測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與產(chǎn)生主要在毫米波到兆兆赫波范圍內(nèi)的高頻電信號的高頻電信號控制器和使用這種控制器的感測系統(tǒng)有關(guān)。
背景技術(shù)：
近年來，業(yè)已開發(fā)了一種使用從毫米波到兆兆赫波(頻率在30GHz到30THz)范圍內(nèi)的電磁波的無損感測技術(shù)。就使用這個頻帶的電磁波的技術(shù)來說，開發(fā)的有一種用安全的穿透檢查系統(tǒng)代替X射線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成像的技術(shù)和一種獲得在物質(zhì)內(nèi)部的吸收譜或復(fù)合介電系數(shù)以評估原子的鍵合狀態(tài)或載流子的濃度或遷移率的技術(shù)。此外，就使用毫米波的技術(shù)來說，開發(fā)的有一種用于頻率在70GHz頻帶內(nèi)的防撞雷達(dá)的位置感測技術(shù)。
例如，就二維成像系統(tǒng)來說，有一個已提出的實(shí)例，其中系統(tǒng)用作為分立組件的毫米波產(chǎn)生器、輻射毫米波的天線、接收單元、毫米波傳播通路等配置(參見日本專利申請公報(bào)No.2001-050908)。圖8示出了這種系統(tǒng)。這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)成通過天線112向空間輻射正弦毫米波產(chǎn)生器102產(chǎn)生的毫米波116，而具有強(qiáng)度分布的毫米波116被電光晶體110接收后用來自激光器104的激光束讀取。此時，用同步波檢測技術(shù)檢測由于試樣物體113的介電常數(shù)差異而引起的毫米波的相位差，從而可以獲得高S/N比的穿透成像。
另一方面，就位置感測技術(shù)來說，正在開發(fā)的有為測量前、后車輛之間的距離的車載毫米波雷達(dá)。就其提出的例子來說，有一個用非輻射介質(zhì)線(NRD)構(gòu)造成如圖9所示的模塊形式的收發(fā)機(jī)(參見日本專利申請公報(bào)No.2000-022424)。在這個例子中，毫米波振蕩器輸出的毫米波通過NRD 221傳播，再通過環(huán)行器219和耦合器212、211抵達(dá)配置在可移動部分231內(nèi)的主輻射體213，被配置在主輻射體213上方的喇叭天線(未示出)接收。在這樣的連接中，可以將可移動部分231驅(qū)動成對于毫米波的幅射方向角執(zhí)行掃描。毫米波被同一個喇叭天線接收后，通過環(huán)行器219，在耦合器223內(nèi)與用耦合器221從振蕩器輸出中分流出的一部分毫米波混合。用這樣的方式，接收所關(guān)注的毫米波。由上可見，可以構(gòu)成這種能使檢測方向可變的毫米波模塊。

發(fā)明內(nèi)容
最近幾年來，普遍使用的小型便攜模塊在諸如穿透成像和位置感測中現(xiàn)在已經(jīng)成為必需的，因?yàn)轭A(yù)期可以用這樣的模塊作為簡單檢查各種材料和活體信息的器件和作為信息設(shè)備內(nèi)的定位器(例如，用這種模塊作為檢測筆型輸入單元的空間位置的器件)。
在這種情況下，如圖8所示的常規(guī)例子那樣用分立元件構(gòu)成的系統(tǒng)尺寸就較大。此外，在執(zhí)行二維成像的方法中，波束被擴(kuò)展以共同執(zhí)行測量，達(dá)到高速操作。然而，由于必須增大毫米波輸出，這種方法在功耗上存在問題。此外，在圖9所示構(gòu)造成模塊形式使波束掃描可以用NRD執(zhí)行的收發(fā)機(jī)的情況下，這個問題得到解決。然而，這要求制造NRD的精度和與耦合器、環(huán)行器等一起的安裝位置精度都很高。結(jié)果，存在收發(fā)機(jī)成本高因此不適合大量生產(chǎn)的問題。此外，由于必須用馬達(dá)以執(zhí)行波束掃描，這就成為節(jié)能和小型化的障礙。
考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種用主要在毫米波到兆兆赫波范圍內(nèi)的電磁波執(zhí)行感測之類的高頻電信號控制器，這種高頻電信號控制器可以很容易構(gòu)造成一個低功耗的小型便攜式集成模塊的形式，以及提供一種使用這種高頻電信號控制器的感測系統(tǒng)。
按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高頻電信號控制器包括一個產(chǎn)生高頻電信號的產(chǎn)生器，用作將激光束變換成頻率比激光束的低的電磁波的單元，這個產(chǎn)生器與一個產(chǎn)生激光束的諸如半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器之類的激光器、一個傳播激光束將激光束引導(dǎo)到所述產(chǎn)生器的光波導(dǎo)和一個傳播信號的傳輸線一起配置(集成)在同一個基底上。按照具有這種結(jié)構(gòu)的高頻電信號控制器，可以很容易得到一種諸如模塊之類的結(jié)構(gòu)，其中將諸如小型半導(dǎo)體激光器之類的激光器和將激光束引導(dǎo)到產(chǎn)生器的光波導(dǎo)與產(chǎn)生器和傳播產(chǎn)生器所產(chǎn)生的信號的傳輸線一起集成在同一個基底上。而且，還可以得到將一個檢測器和一個將信號傳播給檢測器的傳輸線也集成在這同一個基底上的形式。此外，還可以得到用同一個構(gòu)件形成一個構(gòu)成光波導(dǎo)的介質(zhì)構(gòu)件和一個構(gòu)成傳輸線的介質(zhì)絕緣層的形式。在這個例子中，由于用同一個構(gòu)件形成光波導(dǎo)和傳播信號的傳輸線，因此可以很容易提供一種制造方便成本較低的小型模塊。而且，在配置了一個檢測器和一個天線的情況下，可以在任何場合對諸如半導(dǎo)體、有機(jī)物和活體之類的所有試樣簡單地執(zhí)行透射/反射測量，從而可以用接觸或非接觸方式檢查介電常數(shù)、載流子濃度分布之類，可以執(zhí)行對DNA、蛋白質(zhì)之類的檢驗(yàn)、鑒定、安全檢查等。
按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高頻電信號控制器包括一個產(chǎn)生高頻電信號的發(fā)射器、一個接收器、一個傳播電信號的傳輸線和一個向空間輻射通過傳輸線傳播的電信號或從空間接收信號的構(gòu)件，其中，所述構(gòu)件所提供的在空間與傳輸線之間的電信號耦合度是可以可變地控制的。此外，按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種高頻電信號控制器包括一個產(chǎn)生高頻電信號的發(fā)射器、一個接收器、一個傳播電信號的傳輸線和一個向空間輻射通過傳輸線傳播的電信號或從空間接收信號的構(gòu)件，這個構(gòu)件具有一個可移動部分，可以用偏轉(zhuǎn)方式控制向空間輻射的電磁波的方向性。按照本發(fā)明的控制器的結(jié)構(gòu)，將可用于形成傳輸線之類的微波集成電路(MIC)技術(shù)和可用于形成可變地控制電信號的耦合度的裝置、構(gòu)件的可移動部分等的微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)擴(kuò)展到毫米波到兆兆赫波的范圍，為了應(yīng)用而融合，從而使控制器可以小型化。
從以上所提到的基本結(jié)構(gòu)可見，如下面要說明的這種高頻電信號控制器是可行的。
可以采用的一種結(jié)構(gòu)是將一個天線配置成如以上所提到的構(gòu)件，使得通過天線輻射或接收的電磁波的強(qiáng)度或方向可以改變。此外，還可以采用的一種結(jié)構(gòu)是以上所提到的傳輸線是由一個形成以上所提到的構(gòu)件的平面電路構(gòu)成的微帶線或共面線(共面帶狀線)。就一個典型實(shí)例來說，作為平面電路在一個基底上形成微帶線和共面線等，在這個平面電路內(nèi)可以用光刻技術(shù)之類高精度形成一個將高頻信號從發(fā)射器傳播給接收器的傳輸線，而將一個向空間輻射/從空間接收電磁波的薄膜天線等集成在同一個平面電路上。
此外，還可以采用的一種結(jié)構(gòu)是平面電路上形成一個接通/斷開電接觸點(diǎn)的可移動部分，使得構(gòu)件與空間之間的信號耦合度可以由這個可移動部分可變地控制。也就是說，在同一個平面電路上集成微型接觸開關(guān)等，用作控制與天線的耦合比的裝置。按照這個開關(guān)的接通/斷開控制對天線饋送電功率。
此外，以上所提到的傳輸線是一個作為具有一個矩形或圓形的空腔的三維構(gòu)件的波導(dǎo)，而以上所提到的天線是一個具有類似空腔的喇叭天線。于是，可以將控制器構(gòu)造成可以執(zhí)行改變喇叭天線的輸入部分與波導(dǎo)之間的位置關(guān)系以改變耦合度的操作和改變喇叭天線的輸出單元的方向以執(zhí)行為向空間輻射的電磁波的方向性掃描的操作這兩種操作中至少一種操作。也就是說，可以采用MEMS技術(shù)使本身形成有天線的這個構(gòu)件運(yùn)動，從而還可以對電磁波的幅射或接收執(zhí)行強(qiáng)度控制和方向性控制。這是通過使一個可以振動和轉(zhuǎn)動的構(gòu)件運(yùn)動，或者例如通過按照靜電方法、電磁方法之類使喇叭天線滑動來實(shí)現(xiàn)的。
此外，控制器可以構(gòu)造成在以上所提到的天線的一個表面上集成一個光子晶體或透鏡，以通過一個窄發(fā)射角發(fā)射具有高方向性的電磁波。
此外，還可以采用的一種結(jié)構(gòu)是將一個環(huán)行器集成在傳輸線內(nèi)，使電信號可以在接到傳輸線上的發(fā)射器、接收器和構(gòu)件之間沿一個方向流動。而且，還可以采用的一種結(jié)構(gòu)是將發(fā)射器和接收器集成在同一個基底上。
此外，還可以采用的一種結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生高頻電信號的發(fā)射器用來將一個脈沖激光束照射到兩個配置在一個光電導(dǎo)膜的表面上的加有電壓的導(dǎo)體之間的間隙上，而接收器從在同一個結(jié)構(gòu)內(nèi)這兩個導(dǎo)體之間流動的電流得到一個電信號，但只是在同一個脈沖激光束的一部分照射到接收器的兩個導(dǎo)體之間的間隙上時才可以執(zhí)行接收，允許控制波束延遲量的裝置配置在將脈沖激光束引導(dǎo)到接收器的光通道的中間。在這樣的方式中，就發(fā)送/接收高頻信號來說，除了包括使用一個諸如異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)或肖特基勢壘二極管(SBD)之類的半導(dǎo)體電子器件的方法之外，還有一種將短脈沖激光束照射到一個光電導(dǎo)開關(guān)器件上以產(chǎn)生和檢測短脈沖電信號的方法。
在上述情況中，典型的是用在毫米波段到兆兆赫波段(30GHz到30THz)范圍內(nèi)的一個頻率作為高頻電信號的頻率。
此外，按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高頻感測系統(tǒng)的特征是用以上所提到的高頻電信號控制器控制電磁波通過空間的傳播，以無線檢查一個對象的表面或內(nèi)部的組成部分、介電常數(shù)分布狀態(tài)、位置信息之類。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)具有以上所提到的高頻電信號控制器的大部分特征的感測系統(tǒng)。


圖1A、1B和1C為說明按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高頻電信號控制器的第一實(shí)施例的集成模塊的結(jié)構(gòu)的視圖；圖2A和2B為示出在第一實(shí)施例內(nèi)的開關(guān)處在斷開狀態(tài)時電磁波分析例的視圖；圖3A和3B為示出在第一實(shí)施例內(nèi)的開關(guān)處在接通狀態(tài)時電磁波分析例的視圖；圖4A和4B為說明按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高頻電信號控制器的第二實(shí)施例的集成模塊的結(jié)構(gòu)的視圖；圖5A和5B為說明按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高頻電信號控制器的第三實(shí)施例的集成模塊的結(jié)構(gòu)的視圖；圖6為說明按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高頻電信號控制器的第四實(shí)施例的集成模塊的結(jié)構(gòu)的透視圖；
圖7A和7B為示出在按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第四實(shí)施例的集成模塊內(nèi)控制電磁波束的方向性的例子的透視圖；圖8為示出一個傳統(tǒng)的毫米波二維成像系統(tǒng)的例子的示意圖；圖9為示出一個傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的收發(fā)單元的例子的示意圖；圖10為按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第五實(shí)施例的集成模塊的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖11A、11B、11C和11D為說明在包括制造圖10所示集成模塊的方法中的一些過程的示意圖；圖12為一個兆兆赫產(chǎn)生器的例子的剖視圖；圖13為一個兆兆赫檢測器的例子的剖視圖；圖14為按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第六實(shí)施例的集成模塊的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖15為按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第七實(shí)施例的集成模塊的結(jié)構(gòu)的透視圖；以及圖16A和16B為說明按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第八實(shí)施例的感測系統(tǒng)的透視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖通過給出一些實(shí)施例具體說明本發(fā)明的一些具體實(shí)現(xiàn)方式。應(yīng)當(dāng)指出的是，在這里所給出的材料、結(jié)構(gòu)、器件等并不是限制性的。
第一實(shí)施例圖1A至1C示出了按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第一實(shí)施例。在第一實(shí)施例中，如圖1A所示，在同一個模塊3上微帶線5的中間形成蝴蝶結(jié)型薄膜天線4A和4B，而微帶線5與該天線之間的連接用一個微型接觸開關(guān)6控制。雖然發(fā)射器1和接收器2如圖1A所示以混合方式集成在同一個模塊內(nèi)，但也可以采用發(fā)射器1和接收器2連接到外部發(fā)射器或接收器的形式。就發(fā)射器來說，例如可以使用一個微波和毫米波的振蕩電路，其中用一個異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)作為放大器。可以用一個肖特基勢壘二極管(SBD)作為高速接收器。如沿圖1A的線1B-1B切剖的剖視圖1B所示，微帶線5構(gòu)造成使得在基底10上形成一個用Ti/Au之類形成的接地面9而在絕緣體8上形成用Ti/Au形成的微帶線(傳輸線圖案)5。
就基底10的材料來說，可以用Si、玻璃陶瓷、AIN之類。就絕緣體8的材料來說，可以用通過將BCB樹脂、聚硅烷、聚酰亞胺之類的材料通過旋涂工藝加到基底上再加以固化而得到的材料。微帶線5和薄膜天線4a和4b的圖案可以用利用光刻技術(shù)的剝離方法簡單地在絕緣體8上形成。要注意的是，在形成薄膜天線4a和4b前，先要形成一個通孔電極11，以便與接地面9接觸。就接觸開關(guān)6來說，如沿圖1A的線1C-1C切剖的剖視圖1C所示，集成一個具有懸臂結(jié)構(gòu)的靜電驅(qū)動型開關(guān)。30V的電壓加到驅(qū)動接線7上，使得電極12與接觸開關(guān)6由于靜電吸引力而相互吸引。結(jié)果，就可將薄膜天線4b接到微帶線5上。
在接觸開關(guān)6保持在斷開狀態(tài)時，發(fā)射器1的大部分輸出抵達(dá)接收器2，因此可以在不向外部發(fā)送信號的情況下進(jìn)行初始設(shè)置之類。接觸開關(guān)6接通后，一部分信號按照薄膜天線4a和4b的反射/發(fā)射特性發(fā)射到外部通過空中傳播。其中有一部分抵達(dá)接收器2，而另一部分返回到發(fā)射器1。此外，從外部傳來的電磁波或者從這個模塊發(fā)射的經(jīng)反射后返回的電磁波可以被薄膜天線4a和4b接收，耦合給微帶線5，由接收器2接收。薄膜天線4a和4b與微帶線5之間的耦合率也可以根據(jù)直接配置在天線下的接地面9的形狀改變。
對于微帶線圖案，以下這些設(shè)計(jì)例子是可行的。在500μm厚10mm×25mm的Si基底10上形成Ti/Au(50nm/450nm)電極9，再隔著10μm厚的絕緣層(聚硅烷)8(它的相對介電常數(shù)εr＝2.8)在Ti/Au(50nm/450nm)電極9上方形成25μm寬的微帶線5。在這種情況下，可以得到一條50Ω的匹配線。圖2A、2B和圖3A、3B示出了在薄膜天線4a和4b的形狀都采用底為800μm的等腰直角三角形時傳播100GHz的電磁波分析例。在這些圖中，左側(cè)與輸入端口相應(yīng)，右側(cè)與輸出端口相應(yīng)。它們各有一個50Ω的終端。圖2A和2B示出了在接觸開關(guān)6保持?jǐn)嚅_時的狀態(tài)。從圖2A的電流分布圖可見，幾乎全部信號都抵達(dá)右側(cè)輸出端口，因?yàn)闆]有電功率提供給薄膜天線4a和4b。圖2B示出了天線輻射圖。從圖2B可見，有一定量的不對稱的泄漏電場。另一方面，圖3A和3B示出了在接觸開關(guān)6保持接通時的狀態(tài)。從圖3A可見，電功率提供給薄膜天線4a和4b，因此抵達(dá)右側(cè)輸出端口的信號的幅度很小。此外，從示出天線輻射圖的圖3B可見，輻射的是方向性對稱的電磁波。
采用如上所述的非常小的模塊(在上面所提到的數(shù)值示例中為10mm×25mm左右)，高頻信號與空間耦合的狀態(tài)可以通過用電壓信號接通/斷開接觸開關(guān)6改變?？梢栽诒銛y式設(shè)備之類的無線模塊內(nèi)適當(dāng)?shù)厥褂眠@種模塊，以增大無線模塊設(shè)計(jì)的自由度。
在這個實(shí)施例中，以蝴蝶結(jié)型天線作為一個例子。然而，如在以下實(shí)現(xiàn)方式中所說明的那樣，也可以使用任何薄膜天線，如偶極天線、補(bǔ)片天線、縫隙天線、螺旋天線、對數(shù)周期天線，或者為了得到寬帶、八木、喇叭天線之類將多個這樣的天線排列而成的天線。特別是，由于在產(chǎn)生一個高頻脈沖時必須得到寬的頻帶，可以使用適合這種情況的類型的天線。此外，還可以采用將GaAs或InP用作基底材料而將諸如HBT和SBD之類的高速電子器件單片集成的形式。
第二實(shí)施例在第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，可能不執(zhí)行信號控制，因?yàn)橛袝r根據(jù)頻帶電磁波被傳輸線或天線反射。本實(shí)施例旨在用環(huán)行器控制信號的流動。圖4A和4B所示的這個實(shí)施例用環(huán)行器22和26將來自發(fā)射器1的信號限制成流向天線23和將來自天線23的信號限制成流向接收器2。從天線23至接收器2的信號是一個由通過反射來自發(fā)射器1的信號而產(chǎn)生的電磁波與從外部接收到的電磁波構(gòu)成的復(fù)合信號。注意，從接收器2至發(fā)射器1的信號沒有示出，因?yàn)樗苋酢Ｈ鐖D4B這個剖視圖所示，這個環(huán)行器是通過將一個鐵氧體片26埋置在環(huán)行器22內(nèi)構(gòu)成的。
在這個實(shí)施例中，雙補(bǔ)片天線23和27用作發(fā)射/接收高頻脈沖的天線，以得到一個寬的頻帶。在這種情況下，如圖4B這個剖視圖所示，尺寸不同的補(bǔ)片天線23和27垂直疊置，相互連接。天線的結(jié)構(gòu)也可以如在第一實(shí)施例中所說明的，并不局限于這種結(jié)構(gòu)。傳輸線20和21與第一實(shí)施例中的類似，形成為50Ω匹配線，在傳輸線20上配置了一個用于信號控制的機(jī)械開關(guān)24。傳輸線20在配置機(jī)械開關(guān)24的部分?jǐn)嚅_，它的斷開部分按照開關(guān)24的接通/斷開而閉合/打開。與第一實(shí)施例類似，適當(dāng)?shù)碾妷杭拥诫姌O25上，使開關(guān)24接通/斷開，以允許控制從補(bǔ)片天線23和27幅射電磁波。其他方面與第一實(shí)施例的相同。
第三實(shí)施例圖5A和5B示出了這個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在上面所提到的兩個實(shí)施例中，僅對從天線幅射電磁波執(zhí)行接通/斷開控制，在以電磁波形式輻射信號時提供給天線的信號的幅度是固定的。然而，在這個實(shí)施例中，可以移動制成小型的喇叭天線34，來控制信號提供程度，以改變所輻射的電磁波或所接收的電磁波的強(qiáng)度。
傳輸線30和31、發(fā)射器1和接收器2與第二實(shí)施例中的相同。此外，在第二實(shí)施例中用環(huán)行器控制信號的流動，而在這個實(shí)施例中用定向耦合器35和電阻器32來限制將來自發(fā)射器1的信號直接傳播給接收器2。它的隔離比可以根據(jù)電阻器32的電阻值、定向耦合器35的形狀之類控制。在這種情況下，將一個來自天線的反射分量返回到發(fā)射器。因此，在需要限制該反射分量的情況下，可以將這些器件用一個環(huán)行器代替，也可以在發(fā)射器1前配置一個隔離器。
具有補(bǔ)片天線形狀的主輻射體36配置在定向耦合器35的一端。將來自主輻射體36的電磁波向空間輻射的具有強(qiáng)方向性的喇叭天線34通過孔33與主輻射體36耦合。在這種情況下，可以在基底內(nèi)形成一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來代替微帶線，而在與喇叭天線34耦合的部分開一個孔。
如圖5B所示，喇叭天線34構(gòu)造成在一個塊狀體內(nèi)具有一個喇叭形的空心部分。實(shí)際上，制備兩個構(gòu)件，每個構(gòu)件通過在通過表面處理制作的樹脂或Si構(gòu)件的內(nèi)壁上用真空蒸發(fā)方法淀積Au之類形成。然后，將這兩個構(gòu)件粘附在一起，形成喇叭天線34。如果喇叭天線34如圖5A所示設(shè)計(jì)成可在集成模塊3上移動(沿雙箭頭所示方向)，那么就可改變通過孔與主輻射體36耦合的效力。結(jié)果，就可以調(diào)整從天線34輻射的電磁波的強(qiáng)度或天線34接收電磁波的靈敏度。作為驅(qū)動這個塊狀天線34的方法，可以使用靜電方法、用磁鐵的電磁方法、超聲波方法等。此外，如果控制喇叭天線34使它繞孔33轉(zhuǎn)動，就可以使電磁波的波束方向偏轉(zhuǎn)，同時使耦合度保持幾乎不變。
第四實(shí)施例按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第四實(shí)施例如圖6所示，在一個由一對扭簧之類支持的介質(zhì)構(gòu)件57上形成螺旋天線50，使得螺旋天線50可以被驅(qū)動成繞扭簧之類的軸轉(zhuǎn)動，用螺旋天線50執(zhí)行波束掃描。傳輸線、發(fā)射電路和接收電路可以與在上面所提到的實(shí)施例中的相同。然而，在這個實(shí)施例中，使用了一個共面帶狀線，其中在基底55上形成的絕緣層56的表面上形成兩個導(dǎo)體51和52，以允許執(zhí)行推挽驅(qū)動。
如圖6所示，饋給螺旋天線50的電功率是通過介質(zhì)構(gòu)件57的轉(zhuǎn)動驅(qū)動支持部分從導(dǎo)體51和52得到的。介質(zhì)構(gòu)件57可以用電磁驅(qū)動方法之類以特定的頻率振動，執(zhí)行利用來自螺旋天線50的電磁波束的掃描。在要增強(qiáng)方向性時，如圖7A所示，需在介質(zhì)構(gòu)件57上再集成一個用聚四氟乙烯、Si之類制成的半球面透鏡40?；蛘?，若如圖7B所示集成一個光子晶體41，由于晶石準(zhǔn)直效應(yīng)從而可以得到一個方向性很強(qiáng)的波束。光子晶體41可以用層疊各具有多排Si桿的多層以使得各層的形成為寬度為波長量級(例如1mm左右)的線條的各排Si桿相互垂直的結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)。
此外，為了發(fā)射和接收高頻脈沖信號，可以采用一種用短脈沖激光器58接通/斷開光電導(dǎo)開關(guān)59的方法。也就是說，利用這樣一種現(xiàn)象通過低溫生長形成的不摻雜GaAs層53通常具有高的電阻，只是在有激光束照射到光電導(dǎo)開關(guān)59的間隙上時，在不摻雜的GaAs層53內(nèi)才產(chǎn)生光生載流子，從而如果在間隙兩端加有一個電壓46就會立刻引起電流流動，產(chǎn)生一個高頻脈沖。如果來自脈沖激光器58的脈沖的寬度設(shè)置為100fsec左右，這個脈沖就可以變換為一個脈沖寬度為約0.4psec的電磁波脈沖，導(dǎo)致輻射頻率在THz范圍的電磁波。就脈沖激光器58來說，用鈦藍(lán)寶石制成的鎖模激光器容易操作，因?yàn)樗哂泻芨叩目煽匦?。然而，在認(rèn)為便攜性重要的情況下，從小型化來看可以使用半導(dǎo)體鎖模激光器。
在接收側(cè)，通過導(dǎo)體51和52傳播的高頻脈沖被結(jié)構(gòu)與光電導(dǎo)開關(guān)59相同的光電導(dǎo)開關(guān)60接收。此時，在光束分離器62內(nèi)分出的經(jīng)反射鏡63反射的激光束照射到接收側(cè)的光電導(dǎo)開關(guān)60的間隙上，使得僅在有激光束照射的一段時間內(nèi)可以觀察到呈現(xiàn)為電流45形式的高頻脈沖信號。為了隔離產(chǎn)生高頻脈沖這側(cè)的直流電壓，光電導(dǎo)開關(guān)60與共面帶狀線的導(dǎo)體52隔開。在這里，短脈沖激光束的延遲量由光延遲單元61控制，從而可以在對高頻脈沖的信號波形采樣時觀察該信號波形。如果加到產(chǎn)生高頻脈沖這側(cè)的光電導(dǎo)開關(guān)59上的電壓用一個要在接收側(cè)同步檢測的正弦波信號調(diào)制，就可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的測量。在這個實(shí)施例中，也可以將在第一實(shí)施例中所說明的機(jī)械開關(guān)集成在線51和52之一的在光電導(dǎo)開關(guān)59與螺旋天線50之間的部分中，以對信號執(zhí)行接通/斷開控制。
這種用電脈沖的發(fā)射/接收在無線感測系統(tǒng)、高速通信之類內(nèi)作為寬帶無線技術(shù)即所謂的超寬帶(UWB)技術(shù)正處在開發(fā)過程中。本發(fā)明的控制器可有效地應(yīng)用于這種UWB系統(tǒng)。
在上面所提到的各個實(shí)施例中，說明了用在毫米波到兆兆赫波范圍內(nèi)的電磁波實(shí)現(xiàn)感測之類的微型集成模塊的結(jié)構(gòu)。這種集成模塊可以作為便攜性更為優(yōu)異的器件用于對物質(zhì)的二維透射或反射成像、短距離位置感測雷達(dá)之類的領(lǐng)域，如在有關(guān)技術(shù)例子中所說明的。在用這種器件作為成像設(shè)備的情況下，可以將一個能在任何不需要安裝空間的場合方便地進(jìn)行檢查的系統(tǒng)配置為對人的攜帶物進(jìn)行安全檢查的系統(tǒng)、檢查IC卡的系統(tǒng)、指紋檢測器或診斷血流、皮膚、眼睛之類的醫(yī)療保健診斷系統(tǒng)。此外，在這種器件用作位置感測設(shè)備的情況下，可以將這種器件配置成包含在便攜式設(shè)備內(nèi)，從而可以應(yīng)用于顯示器、計(jì)算機(jī)之類、遙控設(shè)備或用于游戲之類的定位器的無線輸入單元。
第五實(shí)施例按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第五實(shí)施例是將兩個執(zhí)行兩波長混合的半導(dǎo)體激光器、一個光波導(dǎo)、一個兆兆赫產(chǎn)生器、一個傳播兆兆赫波的傳輸線和一個兆兆赫檢測器集成在一個基底上，即安裝在一個共同的基底上。圖10示出了這個集成模塊的透視圖。
在半絕緣的GaAs基底301上形成具有感光性的絕緣樹脂302。通過光刻處理，使絕緣樹脂302只有一個與Y形分支光波導(dǎo)304相應(yīng)的區(qū)域的折射率大于周邊區(qū)域的折射率。作為絕緣樹脂302的材料例如可以使用感光聚硅烷(商品名為Glasia(NIPPON PAINT公司出品))。除了這種材料之外，諸如BCB或聚酰亞胺之類的具有感光性的光學(xué)樹脂也都可以用來制作光波導(dǎo)和電絕緣層。
AlGaAs/GaAs串聯(lián)分布反饋(DFB)型半導(dǎo)體激光器303a和303b以混合方式安裝。半導(dǎo)體激光器303a和303b都可執(zhí)行單模振蕩，各具有多電極結(jié)構(gòu)。因此，用半導(dǎo)體激光器303a和303b中每一個，都可使波長連續(xù)改變2nm左右，而光輸出沒有大的改變。應(yīng)該使用具有不同衍射光柵間距的一個單元，使得兩個半導(dǎo)體激光器303a和303b的振蕩中心波長預(yù)先相差1THz左右。而且，通過檢測部分波束以用注入的電流執(zhí)行反饋控制，使兩個半導(dǎo)體激光器303a和303b的振蕩波長之差保持穩(wěn)定。在半導(dǎo)體激光器303a和303b的波段(830nm波段)，波長和頻率之間的轉(zhuǎn)換因子大約為4.35×1011(Hz/nm)。為了產(chǎn)生1THz的拍頻，必需要有2.3nm左右的波長差。作為對所關(guān)注的波長的反饋控制，例如，在鎖相環(huán)(PLL)控制中，必需進(jìn)行利用分頻器和合成器的偏置鎖定。由于偏置量與上述拍頻相應(yīng)，因此電磁波的振蕩產(chǎn)生的頻率由合成器確定。雖然原則上可以產(chǎn)生所有的拍頻，但考慮到鎖定范圍和半導(dǎo)體激光器的譜線寬度(10MHz左右)，判定拍頻在幾十MHz到10THz左右的范圍內(nèi)。在這個實(shí)施例中，可以執(zhí)行從100GHz到3THz的連續(xù)調(diào)諧。
從相應(yīng)半導(dǎo)體激光器303a和303b發(fā)射的激光束以所傳播的光束313a和313b形式傳播，通過光電導(dǎo)開關(guān)加到兆兆赫產(chǎn)生器306上。此時，由于所傳播的光束313a和313b是通過疊加在基底301上的Y形分支光波導(dǎo)304傳播的，因此保持了半導(dǎo)體激光器303a和303b發(fā)射的激光束的極化。這樣，就不需要極化調(diào)整措施。光電導(dǎo)開關(guān)由一層通過低溫(約20℃)生長不摻雜的GaAs形成的薄膜307構(gòu)成，通常具有優(yōu)異的絕緣性能。于是，即使有30V左右的電壓從直流電壓源310加到兩個導(dǎo)體305和317上，也沒有電流流過光電導(dǎo)開關(guān)。施加了激光束后，產(chǎn)生光生載流子，使電流流過光電導(dǎo)開關(guān)。在這種情況下，光生載流子受到以上提到的拍頻調(diào)制，產(chǎn)生與拍頻相應(yīng)的電磁波314。電磁波314通過在絕緣樹脂302上形成的導(dǎo)體305和317傳播。這里，假設(shè)例如導(dǎo)體305和317的寬度都為30μm，而導(dǎo)體305與317的間距為200μm。注意，兆兆赫產(chǎn)生器306的間隙部分316假設(shè)為5μm寬。
圖12示出了光電導(dǎo)開關(guān)另一形式的沿線12-12切剖的剖視圖。為了采用波導(dǎo)型的光電導(dǎo)開關(guān)以增強(qiáng)光吸收效率，在基底301上依次生長一個AlGaAs(Al的成分為0.3)層330和一個不摻雜的GaAs層331。然后，有選擇地將GaAs層331蝕刻成寬度為10μm左右，然后在得到的GaAs層331兩側(cè)掩埋一個絕緣層332。此外，將電極334a和334b配置成隔著間隙333相對。與如圖10中所示的配置GaAs塊狀層的情況相比，在這種形式中轉(zhuǎn)換效率得到增強(qiáng)。此外，作為又一種形式，可以通過使用一個非線性晶體增強(qiáng)基于拍頻產(chǎn)生電磁波314的效率。
檢測器308(在圖10中示為在半導(dǎo)體層309上形成的)以電信號311的形式得到所傳播的兆兆赫波314。如沿圖10中的線13-13切剖的剖視圖13所示的肖特基勢壘二極管用作檢測器308。這個肖特基勢壘二極管包括一個在半絕緣GaAs基底301上生長的n型GaAs層340上形成的AuGe/Ni/Au電極341、一個形成為直徑等于或小于2μm的通孔電極的點(diǎn)接觸部分343、一個肖特基電極342和一個絕緣層344。肖特基電極342和點(diǎn)接觸部分343都是用Ti/Pt/Au形成的。用檢測器308可以檢測的頻率為1THz左右。注意，如圖10所示，導(dǎo)體305和317與電極308是隔離的。
作為感測對象的試樣312放在具有以上所提到結(jié)構(gòu)的集成模塊上(它的長度和寬度為毫米級)。在兆兆赫波314通過導(dǎo)體305和317傳播時，電磁波(損耗波)也泄漏到表面。這樣，檢測器308檢測到的毫米波或兆兆赫波的強(qiáng)度對應(yīng)于試樣312的吸收特性而改變。因此，測量試樣312，同時改變拍頻以允許進(jìn)行試樣312的兆兆赫范圍的光譜化學(xué)分析。譜衍射中的頻率分解力由所用的激光的譜線寬度確定，在這個實(shí)施例中為10MHz左右。就試樣312來說，諸如半導(dǎo)體、金屬、介質(zhì)、有機(jī)材料、活體物質(zhì)(細(xì)胞、DNA和蛋白質(zhì))、食品和置物之類的任何物質(zhì)都可以成為感測對象。因此，對于任何物質(zhì)都可以簡單地檢查常規(guī)上可能得不到的兆兆赫范圍特性。
在實(shí)際執(zhí)行測量時，為了增強(qiáng)S/N比，有這樣一種處理方法可以采用將一個頻率等于或低于1MHz的正弦波信號疊加在來自其中一個半導(dǎo)體激光器的信號上，而在檢測器308側(cè)將該信號與來自同一個信號源的信號混合，以執(zhí)行同步檢測。
圖11A至11D示出了包括制造這種模塊的方法的一個例子。在圖11A中，在半絕緣GaAs基底301上生長由GaAs晶體形成的GaAs層320。此時，如果必要的話，GaAs層320可以用AlGaAs異質(zhì)生長，也可以在生長溫度和成分隨區(qū)域改變的情況下多次有選擇地生長。在這種情況下，最后生長要通過低溫生長形成的構(gòu)成光電導(dǎo)開關(guān)的不摻雜GaAs層。此后，用具有圖案321的光掩模通過應(yīng)用g線323之類的光刻處理執(zhí)行抗蝕圖案成形(未示出)。在圖11B中，用光致抗蝕劑作為掩模執(zhí)行使用氯的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)蝕刻，形成半導(dǎo)體層307和309的區(qū)域。另一方面，將兩個半導(dǎo)體激光器303a和303b分別安裝在預(yù)定位置。
在圖11C中，應(yīng)用絕緣樹脂(聚硅烷)302，形成能透射光的絕緣層，再用掩模圖案324對要形成光波導(dǎo)304的區(qū)域執(zhí)行i線曝光。這樣，就形成了光波導(dǎo)304，因?yàn)樵诠獠▽?dǎo)304的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了0.01左右的折射率差。在圖11D中，用剝離方法形成由Ti/Au形成的電極，制成模塊。
用這樣的方式，傳播電磁波的光波導(dǎo)304和絕緣樹脂302用相同的材料形成，因此可以提供較為經(jīng)濟(jì)的特別適合大量生產(chǎn)的集成模塊。雖然在這個實(shí)施例中用共面帶狀線作為電磁波的傳輸線，但也可以應(yīng)用諸如微帶線和共面線之類的所有集成型傳輸線。
第六實(shí)施例按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第六實(shí)施例如圖14所示包括一個螺旋天線351，用來向空間輻射毫米波到兆兆赫波范圍的電磁波，使得一個在空間上離集成模塊有一段距離的試樣352可以得到檢查。
整個集成模塊的結(jié)構(gòu)幾乎與第五實(shí)施例相同。因此，用兩個半導(dǎo)體激光器執(zhí)行混合，一個將輸入的電磁波變換成與拍頻相應(yīng)的電磁波的兆兆赫產(chǎn)生器306、兩個導(dǎo)體305和317、一個檢測器308等集成在一起。螺旋天線351形成在適于振動的介質(zhì)構(gòu)件350中，必要時適于使向空間輻射的波束353的方向偏轉(zhuǎn)。此外，可以將一個機(jī)械開關(guān)(未示出)配置成能選擇是否從導(dǎo)體305和317向螺旋天線351饋電。加到試樣352上的電磁波的反射波再由螺旋天線351接收，以通過檢測器308得出一個信號。
如果設(shè)置有螺旋天線351的構(gòu)件350設(shè)置成可以一維振動，就可以執(zhí)行波束掃描，因此在將試樣352在與掃描方向垂直的方向上移動時可以得到試樣352的二維反射圖像。此時，為了增強(qiáng)電磁波的方向性以提高圖像的空間分辨率，在螺旋天線351上還可以設(shè)置一個介質(zhì)透鏡或光子晶體(未示出)。這樣，由于可以得到數(shù)量級為波長的空間分辨率，在電磁波的頻率為1THz的情況下空間分辨率就為300μm左右。為了進(jìn)一步提高分辨率，如果在上面所提到的透鏡或光子晶體內(nèi)用金屬之類形成一個尺寸等于或小于波長的1/10的微型開口，即一個尺寸等于或小于30μm的開口，這個開口就起著一個近場探頭的作用。結(jié)果，就可以得到一個分辨率與開口尺寸相近的圖像。然而，在使用這種近場探頭時，必須在試樣352接近透鏡或光子晶體的狀態(tài)下檢查試樣352。
用這樣的方式，在這個實(shí)施例中，可以對試樣352進(jìn)行非接觸方式的檢查。實(shí)際上，由于兆兆赫波在空中傳播時受到非常大的衰減(100dB/km左右)，檢查一個尺寸等于或小于幾米的試樣是切實(shí)可行的。
在這種情況下，雖然給出的是所有產(chǎn)生和檢測在毫米波到兆兆赫波范圍內(nèi)的電磁波用一個模塊處理的例子，但產(chǎn)生器和檢測器也可以配置為分立的模塊。在這種情況下，可以用配置成相對的產(chǎn)生器和檢測器得到試樣的透射二維圖像。
第七實(shí)施例在按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第七實(shí)施例中，不是用混合光束產(chǎn)生兆兆赫CW波束，而是產(chǎn)生頻率在兆兆赫范圍的脈沖，以執(zhí)行時域譜測量(TDS)。
圖15示出了一個集成模塊的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體鎖模激光器360安裝在基底301上，它發(fā)射的寬度為0.3psec左右的脈沖耦合給光波導(dǎo)361。所傳播的激光束之一加到兆兆赫產(chǎn)生器306上，變換為脈沖寬度為0.5psec左右的電磁波366，再通過傳輸線傳播。另一個通過光波導(dǎo)361的分支得到的激光束如標(biāo)注數(shù)字364所示通過光延遲單元362加到檢測器363上。光檢測器363是一個結(jié)構(gòu)與兆兆赫產(chǎn)生器306相同的光電導(dǎo)開關(guān)單元。因此，在光檢測器363內(nèi)，僅在加有激光脈沖時產(chǎn)生光生載流子，因此使與通過傳輸線傳播的電磁波脈沖的電場幅度相應(yīng)的電流流動，以信號形式被檢測。因此，改變延遲單元362的延遲量就能測量兆兆赫脈沖的電場強(qiáng)度的時間改變。延遲單元362可以由一個延遲波導(dǎo)和一個光開關(guān)(未示出)、一個改變折射率的元件等組成。就檢測方法來說，除了在這個實(shí)施例中的方法之外，也可以采用這樣一種方法在光檢測器363前配置一個EO晶體，以將兆兆赫脈沖強(qiáng)度的時間起伏改變?yōu)榛贓O晶體的Pockel效應(yīng)的起伏，由光檢測器363測量通過來自脈沖激光器的激光束的分支得到的光束的經(jīng)透射的光束強(qiáng)度。
在這個實(shí)施例中，如在第六實(shí)施例中的那樣，電磁波脈沖從螺旋天線351向空間輻射，以測量從試樣352反射的電磁波，檢驗(yàn)脈沖響應(yīng)，從而可以用非接觸的方式檢查試樣352內(nèi)部的載流子濃度、介電常數(shù)、遷移率等等。也可以用配置成相對的產(chǎn)生器和檢測器兩個模塊執(zhí)行透射測量。這些方法適合鑒定半導(dǎo)體特別是有機(jī)半導(dǎo)體和導(dǎo)電聚合物膜。如果如在第六實(shí)施例中那樣用波束對試樣掃描，也可以檢查試樣內(nèi)的二維分布。此外，如果測量延遲時間，就可以高精確地測出遠(yuǎn)地試樣的位置。在兆兆赫脈沖的寬度為0.5psec時，如果假設(shè)可以檢測為脈沖寬度的二分之一左右的延遲量，那么就可以以0.5×10-12/2×(3×108)＝750μm的精度來檢測試樣的位置。
在執(zhí)行這些TDS時，如果在執(zhí)行如在第五實(shí)施例中所述的同步檢測時以μsec量級改變光束延遲量以相繼執(zhí)行跟蹤，可以不必使用高速的電子電路。
第八實(shí)施例在上面所提到的各個實(shí)施例中，說明了用在毫米波到兆兆赫波范圍內(nèi)的電磁波實(shí)現(xiàn)感測的微型集成模塊的結(jié)構(gòu)。這種集成模塊可以用作便攜性更為優(yōu)異的器件諸如檢查物質(zhì)的二維透射或反射成像器，或短距離位置感測雷達(dá)之類，如在有關(guān)技術(shù)例子中所說明的。在用這種集成模塊作為成像器的情況下，可以將一個能在不需要安裝空間的任何場合簡單地進(jìn)行檢查的系統(tǒng)配置為對人的攜帶物進(jìn)行安全檢查或者檢查IC卡的檢查系統(tǒng)、指紋檢測器或診斷血流、皮膚、眼睛之類的醫(yī)療保健診斷系統(tǒng)。此外，在集成模塊用于位置感測的情況下，也可以將集成模塊配置成包含在便攜式設(shè)備內(nèi)的形式。因此，可以將集成模塊用于顯示設(shè)備或計(jì)算機(jī)、遙控設(shè)備或用于游戲的定位器之類的無線輸入單元。
圖16A和16B為簡單地說明一種包括使用感測系統(tǒng)的方法的透視圖。在圖16A中，一個安裝有以上所提到的集成模塊的卡372通過插入口371插入分析儀370，使放置在模塊上或者位于模塊上方的試樣可以受到分析?；蛘撸部梢圆捎迷谀K器件上安裝有一個存儲器和將模塊器件插入分析儀370時對預(yù)先所檢查的信息進(jìn)行分析的方法。
此外，還可以采用如圖16B所示的方法，其中為安裝有以上提到的集成模塊的卡372配置一個無線裝置，通過無線通信373將信息適當(dāng)?shù)匕l(fā)送給分析儀，以及將安裝有該模塊的卡接到移動電話機(jī)之類上以將信息發(fā)送給分析儀的方法等等。
采用這種用在毫米波到兆兆赫波范圍內(nèi)的電磁波的微型模塊，就能實(shí)現(xiàn)方便個人攜帶的、在各處可以用來執(zhí)行健康狀態(tài)檢查、驗(yàn)證和保安檢查、將數(shù)據(jù)和位置信息輸入信息設(shè)備等的系統(tǒng)。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，按照本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)用主要在毫米波到兆兆赫波范圍內(nèi)的電磁波執(zhí)行感測的高頻電信號控制器，這種高頻電信號控制器很容易構(gòu)造成小型的低功耗集成模塊之類，可以方便地控制電磁波通過空間傳播的狀態(tài)，如天線的輻射強(qiáng)度和波束偏轉(zhuǎn)、接通/斷開之類。因此，這種高頻電信號控制器可用于執(zhí)行材料分析的活體信息檢查系統(tǒng)、行李安全檢查系統(tǒng)和透射/反射成像系統(tǒng)、以無線方式檢測位置信息的雷達(dá)系統(tǒng)、將數(shù)據(jù)輸入各種信息設(shè)備的定位器等，使這些設(shè)備或系統(tǒng)的便攜性可以得到提高。
權(quán)利要求
1.一種高頻電信號控制器，所述高頻電信號控制器包括一個產(chǎn)生高頻電信號的發(fā)射器、一個接收器、一個傳播電信號的傳輸線和一個向空間輻射通過傳輸線傳播的電信號或從空間接收信號的構(gòu)件，其中所述構(gòu)件提供的在空間與傳輸線之間的電信號耦合度是可以可變地受控的。
2.一種高頻電信號控制器，所述高頻電信號控制器包括一個產(chǎn)生高頻電信號的發(fā)射器、一個接收器、一個傳播電信號的傳輸線和一個向空間輻射通過傳輸線傳播的電信號或從空間接收信號的構(gòu)件，其中所述構(gòu)件具有一個可移動的部分；以及向空間輻射的電磁波的方向性可以以偏轉(zhuǎn)方式控制。
3.一種按照權(quán)利要求1所述的高頻電信號控制器，其中一個天線配置為所述構(gòu)件，使得可以使通過天線輻射或接收的電磁波的強(qiáng)度或者方向性成為可變的。
4.一種按照權(quán)利要求1所述的高頻電信號控制器，其中所述傳輸線是由一個平面電路構(gòu)成的一個微帶線、共面線或共面帶狀線；以及所述構(gòu)件在所述平面電路上形成。
5.一種按照權(quán)利要求4所述的高頻電信號控制器，其中配置一個接通/斷開一個電接觸點(diǎn)的可移動部分，所述可移動部分在所述平面電路上形成；以及所述構(gòu)件與空間之間的信號耦合度可以由所述可移動部分可變地控制。
6.一種按照權(quán)利要求3所述的高頻電信號控制器，其中所述傳輸線是一個具有一個矩形或圓形的空腔的波導(dǎo)；所述天線是一個具有類似空腔的喇叭天線；以及可以執(zhí)行改變喇叭天線的輸入部分與波導(dǎo)之間的位置關(guān)系以改變耦合度、改變喇叭天線的輸出單元的方向以執(zhí)行為向空間輻射的電磁波的方向性掃描這兩種操作中的至少一種操作。
7.一種按照權(quán)利要求3所述的高頻電信號控制器，其中所述天線的表面上集成有一個光子晶體或透鏡，以通過一個窄發(fā)射角發(fā)射具有高方向性的電磁波。
8.一種按照權(quán)利要求1所述的高頻電信號控制器，其中所述傳輸線內(nèi)集成有一個環(huán)行器，使電信號在連接到傳輸線上的發(fā)射器、接收器和構(gòu)件之間沿一個方向流動。
9.一種按照權(quán)利要求1所述的高頻電信號控制器，其中一個在毫米波段到兆兆赫波段(30GHz到30THZ)范圍內(nèi)的頻率用作高頻電信號的頻率。
10.一種按照權(quán)利要求1所述的高頻電信號控制器，其中所述發(fā)射器和接收器集成在同一個基底上。
11.一種按照權(quán)利要求1所述的高頻電信號控制器，其中所述產(chǎn)生高頻電信號的發(fā)射器將一個脈沖激光束照射到配置在一個光電導(dǎo)膜的表面上的加有電壓的兩個導(dǎo)體之間的間隙上；所述接收器從在同一個結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述兩個導(dǎo)體之間流動的電流得到一個電信號；所述接收只是在所述脈沖激光束的一部分照射到接收器的所述兩個導(dǎo)體之間的間隙上時才執(zhí)行；以及在將脈沖激光束引導(dǎo)到接收器的光通道的中間配置有一個允許控制光束延遲量的裝置。
12.一種高頻感測系統(tǒng)，其中用如在權(quán)利要求1中所述的高頻電信號控制器控制電磁波通過空間的傳播，以無線檢查一個對象的表面或內(nèi)部的組成部分、介電常數(shù)分布狀態(tài)、位置信息之類。
13.一種高頻電信號控制器，所述高頻電信號控制器包括一個產(chǎn)生高頻電信號的產(chǎn)生器，用作將一個激光束變換成一個頻率比激光束的低的電磁波的單元，其中所述產(chǎn)生器與一個產(chǎn)生激光束的激光器、一個傳播激光束以將激光束引導(dǎo)到所述產(chǎn)生器的光波導(dǎo)和一個傳播信號的傳輸線一起集成在同一個基底上。
14.一種按照權(quán)利要求13所述的高頻電信號控制器，其中所述產(chǎn)生器具有波導(dǎo)型結(jié)構(gòu)，以與用于傳播激光束的所述光波導(dǎo)耦合。
15.一種按照權(quán)利要求13所述的高頻電信號控制器，其中一個檢測器和一個將信號傳播給所述檢測器的傳輸線進(jìn)一步集成在同一個基底上。
16.一種按照權(quán)利要求14所述的高頻電信號控制器，其中一個構(gòu)成所述光波導(dǎo)的介質(zhì)構(gòu)件和一個構(gòu)成所述傳輸線的介質(zhì)絕緣層用同一個構(gòu)件形成。
17.一種按照權(quán)利要求13所述的高頻電信號控制器，其中所述激光器包括具有不同振蕩波長的兩個器件；從所述兩個器件發(fā)射的光束在一個在同一個基底上形成的Y形分支光波導(dǎo)內(nèi)相互混合；以及從所述產(chǎn)生器產(chǎn)生一個頻率與所述兩個器件之間的頻率差相應(yīng)的電信號。
18.一種按照權(quán)利要求13所述的高頻電信號控制器，其中所述激光器由一個用來產(chǎn)生一個脈沖寬度等于或短于10psec的短脈沖的半導(dǎo)體鎖模激光器組成；以及由所述產(chǎn)生器產(chǎn)生一個短脈沖電信號。
19.一種按照權(quán)利要求18所述的高頻電信號控制器，其中通過在同一個基底上形成的所述光波導(dǎo)也可以將所述半導(dǎo)體鎖模激光器的光輸出引導(dǎo)到所述檢測器；用于將半導(dǎo)體鎖模激光器的光輸出引導(dǎo)到檢測器的所述光波導(dǎo)配置有一個用來改變延遲量的光延遲單元；以及在改變所述延遲量時測量所述短脈沖電信號的時間波形。
20.一種按照權(quán)利要求13所述的高頻電信號控制器，所述高頻電信號控制器還包括一個能向空間輻射/從空間接收電磁波的天線，所述天線配置在所述傳輸線內(nèi)。
21.一種按照權(quán)利要求20所述的高頻電信號控制器，所述高頻電信號控制器還包括用于使從該天線輻射的電磁波的方向偏轉(zhuǎn)的裝置。
22.一種按照權(quán)利要求13所述的高頻電信號控制器，其中一個在毫米波段到兆兆赫波段(30GHz到30THz)范圍內(nèi)的頻率用作所述高頻電信號的頻率。
23.一種高頻感測系統(tǒng)，其中用如在權(quán)利要求13中所述的高頻電信號控制器來測量一個放置在用于傳播所述電信號的傳輸線上的對象的表面或內(nèi)部的組成部分、介電常數(shù)分布狀態(tài)、位置信息之類。
24.一種高頻感測系統(tǒng)，其中用如在權(quán)利要求20中所述的高頻電信號控制器來控制電磁波通過空間的傳播，以無線測量一個對象的表面或內(nèi)部的組成部分、介電常數(shù)分布狀態(tài)、位置信息之類。
全文摘要
一種高頻電信號控制器包括一個產(chǎn)生高頻電信號的發(fā)射器、一個接收器、一個傳播電信號的傳輸線和一個向空間輻射通過傳輸線傳播的電信號或從空間接收信號的構(gòu)件。所述構(gòu)件提供的在空間與傳輸線之間的電信號的耦合度可以是可變地受控的。
文檔編號H01Q3/26GK1809760SQ20048001768
公開日2006年7月26日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者尾內(nèi)敏彥 申請人:佳能株式會社