專利名稱：光調制散射振子及其陣列的制作方法
技術領域：
本發明關于一種光調制散射振子及其陣列，特別關于一種在進行空間電磁場分布測量時，可避免干擾待測電磁信號的光調制散射振子及其陣列。該光調制散射振子及其陣列是測量空間電磁場分布的重要工具。
背景技術：
無線通訊以天線發射傳送電磁信號，而如何使天線的發射電磁場型符合規格的要求是提升天線品質的重要課題。再者，無線通訊產品所發射的電磁波強度必須低于國際安全標準的能量吸收率(SpecificAbsorption Rate，SAR)規范值才能上市，因此SAR的測量技術對開發手機而言也是相當重要的。目前已經有許多測量電磁波的技術，其中之一是利用調制散射振子來測量電磁場的分布。
傳統的電磁場測量技術，是使用調制散射振子陣列及利用電方式調制散射振子內部的二極體搭配快速掃描。然而，由于用以傳導控制信號的電線會輻射出些許的電磁場，因此透過電線來偏壓散射振子內部的二極體均會干擾待測的電磁場。美國專利US 4,305,153號揭示的技術是利用光束搭配一斷路器(chopper)照射一太陽電池，并利用太陽電池產生的偏壓調制散射振子內部的二極體。
另外，G.Hygate等人揭示一種避免電磁干擾的技術，其利用光電晶體管(phototransistor)制作光調制散射振子，以光的方式取代電導線調制散射振子(參考Measuring microwave fields directly with anoptically modulated scatterer 1990，Meas.Sci.Technol.以及A Probefor Making Near-Field Measurements with Minimal DisturbanceTheOptically Modulated Scatterer)。然而，G.Hygate等人僅揭示使用光調制散射振子的電磁場偵測系統，并未揭示光調制散射振子的詳細構造。對于熟悉此項技藝的人士仍難以將其運用至系統內，以改善習知技術的缺點。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種在進行空間電磁場分布測量時可避免干擾待測電磁場信號的光調制散射振子及其陣列。
本發明所述一種光調制散射振子，其特征在于，包含一基板；一天線，設置在該基板上；一光開關，電氣連接于該天線；以及一光波導，用以傳送一光信號至該光開關。
所述的天線包含設置在該基板表面的一第一導線段及一第二導線段，且該光開關電氣連接該第一導線段及該第二導線段。
所述的天線還可以是一具有二自由末端的環形天線，且該光開關連接該二自由末端。
所述的光開關包含一砷化鎵基板；一第一電極，設置在該砷化鎵基板上；以及一第二電極，設置在該砷化鎵基板上。
所述的第一電極與該第二電極是呈指叉交錯狀排列，且該光波導是對準該呈指叉交錯狀排列的區域。
所述的第一電極與該砷化鎵基板是呈歐姆接觸。
所述的光調制散射振子還包含一用以將該光波導固定在該基板上的套管。
所述的基板是由非導體的材質構成。
所述的光信號是穿透該基板而傳送至該光開關。
所述的基板還可以包含一開口，而該光波導是經由該開口將該光信號傳送至該光開關。
本發明所述一種光調制散射振子陣列，其特征在于，包含一第二基板；以及多個光調制散射振子，設置在該第二基板上，其中該光調制散射振子包含一第一基板；一天線，設置在該第一基板上；一光開關，電氣連接在該天線；以及一光波導，用以傳送一光信號至該光開關。
所述的第一基板包含一第一開口，而該光波導是經由該第一開口將該光信號傳送至該光開關。
所述的光調制散射振子陣列還包含一第三基板，垂直于該第二基板；以及多個光調制散射振子，設置在該第三基板上。
所述的多個光調制散射振子形成一維陣列或二維陣列。
本發明所述一種光調制散射振子陣列，其特征在于，包含一第一基板；多個天線，以陣列排列方式設置在該第一基板上；多個光開關，電氣連接于該多個天線；以及多個光波導，用以傳送一光信號至該多個光開關。
所述的多個天線是以垂直的方式設置在該第一基板上。
所述的光調制散射振子陣列還包含一第二基板，垂直于該第一基板；以及多個天線，以陣列排列方式設置在該第二基板上。
所述的多個天線是以一維或二維陣列排列方式設置在該第一基板上。
圖1為本發明第一實施例的光調制散射振子示意圖；圖2為本發明的光開關的結構示意圖；圖3為本發明第二實施例的光調制散射振子示意圖；圖4為本發明第三實施例的光調制散射振子示意圖；圖5為本發明第一實施例的雙極化光調制散射振子；圖6為本發明第二實施例的雙極化光調制散射振子；圖7為本發明第一實施例的三極化光調制散射振子；圖8為本發明第二實施例的三極化光調制散射振子；圖9為本發明第一實施例的光調制散射振子陣列；圖10為本發明第二實施例的光調制散射振子陣列；圖11為本發明第一實施例的雙極化光調制散射振子陣列；圖12為本發明第一實施例的雙極化光調制散射振子陣列；圖13為本發明第一實施例的三極化光調制散射振子陣列；圖14為本發明第一實施例的三極化光調制散射振子陣列。
符號說明10 光調制散射振子 12 基板14 開口20 天線
22 第一導線段 24 第二導線段30 光開關 31a 本質砷化鎵基板31b 高摻雜砷化鎵基板 32 第一電極34 第二電極 40 光波導42 套管 50 光調制散射振子陣列52 基板 54 開口60 光調制散射振子陣列 62 基板64 開口 70 雙極化光調制散射振子陣列72 基板 80 雙極化光調制散射振子陣列82 基板 90 三極化光調制散射振子陣列100 光調制散射振子 110 光調制散射振子120 環形天線 122 自由末端124 自由末端 130 光調制散射振子陣列132 基板 140 光調制散射振子陣列142 基板 200 雙極化光調制散射振子202 基板 210 雙極化光調制散射振子212 基板 214 上表面216 下表面 310 三極化光調制散射振子312 本體 314 表面316 表面 318 表面320 三極化光調制散射振子330三極化光調制散射振子陣列具體實施方式
下面以具體實施方式
并配合附圖詳細說明本發明。
圖1為本發明第一實施例的光調制散射振子10。如圖1所示，該光調制散射振子10包含一基板12、一設置在該基板12下表面的天線20、一連接該天線20的光開關30、一用以傳送一光調制信號的光波導40以及一用以將該光波導40固定在該基板12上表面的套管42。該天線20包含設置在該基板12下表面的一第一導線段22及一第二導線段24。
圖2是本發明的光開關30的示意圖。如圖2所示，該光開關30包含一本質砷化鎵(intrinsic gallium arsenide)基板31a、一高摻雜砷化鎵基板31b、設置在該高摻雜砷化鎵基板31b上的一第一電極32及一第二電極34。該第一電極32及該第二電極34是分別連接該第一導線段22及該第二導線段24。該第一電極32與該第二電極34是呈指叉交錯的方式排列，而該光波導40是對準該光開關30呈指叉交錯的區域。此外，該高摻雜砷化鎵基板31b可為P型或N型，且其與該第一電極32及該第二電極34是呈歐姆接觸(ohmic contact)。
當具有適當能量的光束照射在該光開關30呈指叉交錯狀排列的區域時，將產生電子-空穴對使得該光開關30的第一電極32及第二電極34間的電阻降低，甚至導通該第一電極32及該第二電極34，進而使得該第一導線段22及該第二導線段24耦合變成一個較長的金屬散射體。如此，即可增加整體的散射截面，以增強該光調制散射振子10所發出的散射信號，而此一增強的散射信號是與該光調制散射振子10所在地的電磁場成正比或平方比關系。
請參考圖1，由該光波導40傳送的光調制信號是穿透該基板12后再照射在該光開關30呈指叉交錯狀排列的區域。因此該基板12由非導體且不吸收由該光波導40傳送的光調制信號的材質構成為較佳實施方式，以避免該光調制信號在穿透該基板12時造成信號強度衰減。該基板12的材質選用云母材質較佳。
圖3為本發明第二實施例的光調制散射振子100。如圖3所示，在該基板12的第一導線段22及第二導線段24之間設置一開口14，并將該光波導40及該光開關30對準該開口14，其中該基板12可為微晶玻璃材質。如此，該光波導40即可經由該開口14將該光調制信號直接傳送至該光開關30，而不必考慮光調制信號因穿透該基板12所產生的信號強度衰減。若將該光調制散射振子10架設在一移動平臺上進行空間掃描，可用以測量一待測電磁場的振幅及相位在空間中的分布。
圖4為本發明第三實施例的光調制散射振子110。與圖1的光調制散射振子10相比較，圖4的光調制散射振子110是采用一具有二自由末端122、124的環形天線120。當該光開關30導通該自由末端122、124時，該環形天線120可用以散射一待測磁場。
圖5為本發明第一實施例的雙極化光調制散射振子200。如圖5所示，該雙極化光調制散射振子200包含一基板202、二以彼此正交方式設置在該基板202上的天線20、二分別電氣連接于該二天線20的光開關30以及二用以分別傳送一光信號至該二光開關30的光波導40。該天線20包含一第一導線段22及一第二導線段24，且該光開關30電氣連接該第一導線段22及該第二導線段24。
圖6為本發明第二實施例的雙極化光調制散射振子210。如圖6所示，該雙極化光調制散射振子210包含一具有一上表面214及一下表面216的基板212、二分別設置在該上表面214及該下表面216的光調制散射振子10。該光調制散射振子10包含一基板12、一設置在該基板12上的天線20、一電氣連接在該天線20的光開關30以及一用以傳送一光信號至該光開關30的光波導40。該天線20包含一第一導線段22及一第二導線段24，且該光開關30電氣連接該第一導線段22及該第二導線段24，且二光調制散射振子10的天線20是彼此正交。
圖7為本發明第一實施例的三極化光調制散射振子310。如圖7所示，該三極化光調制散射振子310包含一本體312以及三個分別設置在該本體312表面的光調制散射振子10。較佳地，該本體312具有三個彼此正交的表面314、316及318的立方體。該天線20包含一第一導線段22及一第二導線段24，且該三個光調制振子10的天線20是彼此正交。為清晰起見，僅標識各光調制散射振子10的天線20。
圖8為本發明第二實施例的三極化光調制散射振子320。與圖7的光調制散射振子310相比較，圖8的三極化光調制散射振子320是采用圖4所示的光調制散射振子110(即采用具有二自由末端122、124的環形天線120)。當該光開關30(未顯示于圖中)導通該自由末端122、124時，該環形天線120可用以散射一待測磁場。為清晰起見，僅標識各光調制散射振子110的環形天線120。
圖9為本發明第一實施例的光調制散射振子陣列50。如圖9所示，該光調制散射振子陣列50包含一基板52、多個設置在該基板52上的開口54以及多個如圖1所示的光調制散射振子10。該開口54的直徑以略大在該套管42的直徑為佳，以便該套管42固設于該開口54中。該多個光調制散射振子10形成一維陣列，且該多個天線20是以單極化陣列方式排列，可用以測量一待測電磁信號的一維分布。該光波導40是經由該開口14將該光調制信號傳送至該光開關30。
圖10為本發明第二實施例的光調制散射振子陣列60。如圖10所示，該光調制散射振子陣列60包含一基板62、多個設置在該基板62上的天線20，多個用以控制該天線20的光開關30以及多個用以傳送光調制信號的光波導40。該多個天線20是以一維陣列方式排列，亦即以單極化陣列排列。與圖9的光調制散射振子陣列50相比較，圖10的光調制散射振子陣列60是將該多個天線20直接制作在該基板62的表面。該第一導線段22及第二導線段24之間具有一開口64，該光波導40是經由該開口64將該光調制信號照射在該光開關30。
圖11為本發明第一實施例的雙極化光調制散射振子陣列70，其中為清晰起見，僅標識各光調制散射振子10的天線20，而未顯示對應的光開關30及光波導40。如圖11所示，該雙極化光調制散射振子陣列70是設置于一基板202上，且包含12個光調制散射振子10，以二個一組構成六個呈二維陣列排列的雙極化光調制散射振子200，且該多個天線20是以兩個一組且彼此垂直方式設置在該基板202上，可用以測量一待測電磁場的二維分布。熟悉該項技藝者應了解，該六個雙極化光調制散射振子200亦可以一維陣列方式排列，以測量一待測電磁場的一維分布。
圖12為本發明第二實施例的雙極化光調制散射振子陣列80。如圖12所示，該雙極化光調制散射振子陣列80包含8個光調制散射振子10構成四個呈二維陣列排列的雙極化光調制散射振子210，且該多個天線20是以兩個一組且彼此垂直方式排列，可用以測量一待測電磁場的二維分布。請參圖6，該天線20是設置于該基板12上，而該基板10是則設置于該基板212上。特而言之，8個光調制散射振子12是以二個一組且彼此垂直方式分別設置于該基板212的上下表面。熟悉該項技藝者應了解，該四個雙極化光調制散射振子210亦可以一維陣列方式排列，以測量一待測電磁場的一維分布。
圖13為本發明第一實施例的三極化光調制散射振子陣列90，其中為清晰起見，僅標識各光調制散射振子10的天線20，而未顯示對應的光開關30及光波導40。如圖13所示，該三極化光調制散射振子陣列90是由八個堆棧成二層的三極化光調制散射振子310構成。每個三極化光調制散射振子310具有三個相互正交的天線20，可以量測空間電磁場中某確定坐標的三個相互正交的電磁場極化分量。這八個三極化光調制散射振子310的組合可量測各本體312中心坐標處的三個相互垂直的電磁場極化分量。如將此三極化光調制散射振子312組合擴大，則可測量待測電磁場各極化分量的三維電磁場空間分布。
圖14為本發明第二實施例的三極化光調制散射振子陣列330。與圖13的三極化光調制散射振子陣列90相比較，圖14的三極化光調制散射振子陣列330是以圖4的環形天線120取代該天線20。由切換控制連接該多個環形天線120的光開關30(未顯示在圖14中)，該光調制散射振子陣列330可用以測量一待測電磁場的一維、二維或三維空間分布。
與習知技藝相比較，本發明的光調制散射振子10是使用非導體的光波導40傳送用以調制該天線20的光調制信號，因此可避免習知以電調制造成的干擾問題。本發明的光調制散射振子10具有高精度、高分辨度、高保真度等優點，可應用在天線近場、SAR分布以及電磁波傳播、電磁兼容分析等電磁場分布測量工作。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例，本發明的設計并不局限于此，任何熟悉該項技藝者在本發明領域內，可輕易思及的變化或修飾，都包括在本發明的保護范圍內，本發明的保護范圍以權利要求書的限定為準。
權利要求
1.一種光調制散射振子，其特征在于所述光調制散射振子包含一基板；一天線，設置在該基板上；一光開關，電氣連接于該天線；以及一光波導，用以傳送一光信號至該光開關。
2.如權利要求1所述的光調制散射振子，其特征在于所述的天線包含一第一導線段及一第二導線段，且該光開關電氣連接該第一導線段及該第二導線段。
3.如權利要求1所述的光調制散射振子，其特征在于所述的天線是一具有二自由末端的環形天線，且該光開關連接該二自由末端。
4.如權利要求1所述的光調制散射振子，其特征在于所述的光開關包含一砷化鎵基板；一第一電極，設置在該砷化鎵基板上；以及一第二電極，設置在該砷化鎵基板上。
5.如權利要求4所述的光調制散射振子，其特征在于所述的第一電極與該第二電極是呈指叉交錯狀排列，且該光波導是對準該呈指叉交錯狀排列的區域。
6.如權利要求4所述的光調制散射振子，其特征在于所述的第一電極與該砷化鎵基板是呈歐姆接觸。
7.如權利要求1所述的光調制散射振子，其特征在于還包含一用以將該光波導固定在該基板上的套管。
8.如權利要求1所述的光調制散射振子，其特征在于所述的基板是由非導體的材質構成。
9.如權利要求8所述的光調制散射振子，其特征在于所述的基板的材質是云母材質。
10.如權利要求8所述的光調制散射振子，其特征在于所述的光信號是穿透該基板而傳送至該光開關。
11.如權利要求8所述的光調制散射振子，其特征在于所述的基板是微晶玻璃材質。
12.如權利要求8所述的光調制散射振子，其特征在于所述的基板包含一開口，而該光波導是經由該開口將該光信號傳送至該光開關。
13.一種光調制散射振子陣列，其特征在于所述光調制散射振子陣列包含一第一基板；多個天線，以陣列排列方式設置在該第一基板上；多個光開關，電氣連接于該多個天線；以及多個光波導，用以傳送一光信號至該多個光開關。
14.如權利要求13所述的光調制散射振子陣列，其特征在于所述的多個天線是以單極化陣列方式排列。
15.如權利要求14所述的光調制散射振子陣列，其特征在于所述的多個天線是設置于一第二基板上，且該第二基板是設置于該第一基板上。
16.如權利要求13所述的光調制散射振子陣列，其特征在于所述的多個天線是以雙極化陣列方式排列。
17.如權利要求16所述的光調制散射振子陣列，其特征在于所述的多個天線是以兩個一組且彼此垂直方式設置在該第一基板上。
18.如權利要求16所述的光調制散射振子陣列，其特征在于所述的多個天線是以兩個一組且彼此垂直方式排列，該天線是設置于一第二基板上，且該第二基板是設置于該第一基板上。
全文摘要
本發明揭示一種光調制散射振子及其陣列。該光調制散射振子包含一基板、一設置在該基板上的天線、一連接該天線的光開關及一用以傳送一光調制信號至該光開關的光波導。該天線可為包含設置在該基板表面的一第一導線段及一第二導線段，而該光開關包含連接在該第一導線段及該第二導線段的第一電極及第二電極。該天線亦可為一具有二端點的環形天線，且該光開關連接該環形天線的二端點。該光調制散射振子陣列可包含一第一基板、一第二基板以及多個設置在該第一基板及該第二基板上的光調制散射振子。該光調制散射振子可形成一維陣列、二維陣列或三維陣列。
文檔編號G01R29/10GK1737587SQ20041005823
公開日2006年2月22日 申請日期2004年8月17日 優先權日2004年8月17日
發明者黃銘杰, 梁文烈, 薛文崇 申請人:財團法人工業技術研究院