专利名称：光调制散射振子及其阵列的制作方法
技术领域：
本发明关于一种光调制散射振子及其阵列，特别关于一种在进行空间电磁场分布测量时，可避免干扰待测电磁信号的光调制散射振子及其阵列。该光调制散射振子及其阵列是测量空间电磁场分布的重要工具。
背景技术：
无线通讯以天线发射传送电磁信号，而如何使天线的发射电磁场型符合规格的要求是提升天线品质的重要课题。再者，无线通讯产品所发射的电磁波强度必须低于国际安全标准的能量吸收率(SpecificAbsorption Rate，SAR)规范值才能上市，因此SAR的测量技术对开发手机而言也是相当重要的。目前已经有许多测量电磁波的技术，其中之一是利用调制散射振子来测量电磁场的分布。
传统的电磁场测量技术，是使用调制散射振子阵列及利用电方式调制散射振子内部的二极体搭配快速扫描。然而，由于用以传导控制信号的电线会辐射出些许的电磁场，因此透过电线来偏压散射振子内部的二极体均会干扰待测的电磁场。美国专利US 4,305,153号揭示的技术是利用光束搭配一断路器(chopper)照射一太阳电池，并利用太阳电池产生的偏压调制散射振子内部的二极体。
另外，G.Hygate等人揭示一种避免电磁干扰的技术，其利用光电晶体管(phototransistor)制作光调制散射振子，以光的方式取代电导线调制散射振子(参考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等人仅揭示使用光调制散射振子的电磁场侦测系统，并未揭示光调制散射振子的详细构造。对于熟悉此项技艺的人士仍难以将其运用至系统内，以改善习知技术的缺点。

发明内容
本发明的主要目的是提供一种在进行空间电磁场分布测量时可避免干扰待测电磁场信号的光调制散射振子及其阵列。
本发明所述一种光调制散射振子，其特征在于，包含一基板；一天线，设置在该基板上；一光开关，电气连接于该天线；以及一光波导，用以传送一光信号至该光开关。
所述的天线包含设置在该基板表面的一第一导线段及一第二导线段，且该光开关电气连接该第一导线段及该第二导线段。
所述的天线还可以是一具有二自由末端的环形天线，且该光开关连接该二自由末端。
所述的光开关包含一砷化镓基板；一第一电极，设置在该砷化镓基板上；以及一第二电极，设置在该砷化镓基板上。
所述的第一电极与该第二电极是呈指叉交错状排列，且该光波导是对准该呈指叉交错状排列的区域。
所述的第一电极与该砷化镓基板是呈欧姆接触。
所述的光调制散射振子还包含一用以将该光波导固定在该基板上的套管。
所述的基板是由非导体的材质构成。
所述的光信号是穿透该基板而传送至该光开关。
所述的基板还可以包含一开口，而该光波导是经由该开口将该光信号传送至该光开关。
本发明所述一种光调制散射振子阵列，其特征在于，包含一第二基板；以及多个光调制散射振子，设置在该第二基板上，其中该光调制散射振子包含一第一基板；一天线，设置在该第一基板上；一光开关，电气连接在该天线；以及一光波导，用以传送一光信号至该光开关。
所述的第一基板包含一第一开口，而该光波导是经由该第一开口将该光信号传送至该光开关。
所述的光调制散射振子阵列还包含一第三基板，垂直于该第二基板；以及多个光调制散射振子，设置在该第三基板上。
所述的多个光调制散射振子形成一维阵列或二维阵列。
本发明所述一种光调制散射振子阵列，其特征在于，包含一第一基板；多个天线，以阵列排列方式设置在该第一基板上；多个光开关，电气连接于该多个天线；以及多个光波导，用以传送一光信号至该多个光开关。
所述的多个天线是以垂直的方式设置在该第一基板上。
所述的光调制散射振子阵列还包含一第二基板，垂直于该第一基板；以及多个天线，以阵列排列方式设置在该第二基板上。
所述的多个天线是以一维或二维阵列排列方式设置在该第一基板上。


图1为本发明第一实施例的光调制散射振子示意图；图2为本发明的光开关的结构示意图；图3为本发明第二实施例的光调制散射振子示意图；图4为本发明第三实施例的光调制散射振子示意图；图5为本发明第一实施例的双极化光调制散射振子；图6为本发明第二实施例的双极化光调制散射振子；图7为本发明第一实施例的三极化光调制散射振子；图8为本发明第二实施例的三极化光调制散射振子；图9为本发明第一实施例的光调制散射振子阵列；图10为本发明第二实施例的光调制散射振子阵列；图11为本发明第一实施例的双极化光调制散射振子阵列；图12为本发明第一实施例的双极化光调制散射振子阵列；图13为本发明第一实施例的三极化光调制散射振子阵列；图14为本发明第一实施例的三极化光调制散射振子阵列。
符号说明10 光调制散射振子 12 基板14 开口20 天线
22 第一导线段 24 第二导线段30 光开关 31a 本质砷化镓基板31b 高掺杂砷化镓基板 32 第一电极34 第二电极 40 光波导42 套管 50 光调制散射振子阵列52 基板 54 开口60 光调制散射振子阵列 62 基板64 开口 70 双极化光调制散射振子阵列72 基板 80 双极化光调制散射振子阵列82 基板 90 三极化光调制散射振子阵列100 光调制散射振子 110 光调制散射振子120 环形天线 122 自由末端124 自由末端 130 光调制散射振子阵列132 基板 140 光调制散射振子阵列142 基板 200 双极化光调制散射振子202 基板 210 双极化光调制散射振子212 基板 214 上表面216 下表面 310 三极化光调制散射振子312 本体 314 表面316 表面 318 表面320 三极化光调制散射振子330三极化光调制散射振子阵列具体实施方式
下面以具体实施方式
并配合附图详细说明本发明。
图1为本发明第一实施例的光调制散射振子10。如图1所示，该光调制散射振子10包含一基板12、一设置在该基板12下表面的天线20、一连接该天线20的光开关30、一用以传送一光调制信号的光波导40以及一用以将该光波导40固定在该基板12上表面的套管42。该天线20包含设置在该基板12下表面的一第一导线段22及一第二导线段24。
图2是本发明的光开关30的示意图。如图2所示，该光开关30包含一本质砷化镓(intrinsic gallium arsenide)基板31a、一高掺杂砷化镓基板31b、设置在该高掺杂砷化镓基板31b上的一第一电极32及一第二电极34。该第一电极32及该第二电极34是分别连接该第一导线段22及该第二导线段24。该第一电极32与该第二电极34是呈指叉交错的方式排列，而该光波导40是对准该光开关30呈指叉交错的区域。此外，该高掺杂砷化镓基板31b可为P型或N型，且其与该第一电极32及该第二电极34是呈欧姆接触(ohmic contact)。
当具有适当能量的光束照射在该光开关30呈指叉交错状排列的区域时，将产生电子-空穴对使得该光开关30的第一电极32及第二电极34间的电阻降低，甚至导通该第一电极32及该第二电极34，进而使得该第一导线段22及该第二导线段24耦合变成一个较长的金属散射体。如此，即可增加整体的散射截面，以增强该光调制散射振子10所发出的散射信号，而此一增强的散射信号是与该光调制散射振子10所在地的电磁场成正比或平方比关系。
请参考图1，由该光波导40传送的光调制信号是穿透该基板12后再照射在该光开关30呈指叉交错状排列的区域。因此该基板12由非导体且不吸收由该光波导40传送的光调制信号的材质构成为较佳实施方式，以避免该光调制信号在穿透该基板12时造成信号强度衰减。该基板12的材质选用云母材质较佳。
图3为本发明第二实施例的光调制散射振子100。如图3所示，在该基板12的第一导线段22及第二导线段24之间设置一开口14，并将该光波导40及该光开关30对准该开口14，其中该基板12可为微晶玻璃材质。如此，该光波导40即可经由该开口14将该光调制信号直接传送至该光开关30，而不必考虑光调制信号因穿透该基板12所产生的信号强度衰减。若将该光调制散射振子10架设在一移动平台上进行空间扫描，可用以测量一待测电磁场的振幅及相位在空间中的分布。
图4为本发明第三实施例的光调制散射振子110。与图1的光调制散射振子10相比较，图4的光调制散射振子110是采用一具有二自由末端122、124的环形天线120。当该光开关30导通该自由末端122、124时，该环形天线120可用以散射一待测磁场。
图5为本发明第一实施例的双极化光调制散射振子200。如图5所示，该双极化光调制散射振子200包含一基板202、二以彼此正交方式设置在该基板202上的天线20、二分别电气连接于该二天线20的光开关30以及二用以分别传送一光信号至该二光开关30的光波导40。该天线20包含一第一导线段22及一第二导线段24，且该光开关30电气连接该第一导线段22及该第二导线段24。
图6为本发明第二实施例的双极化光调制散射振子210。如图6所示，该双极化光调制散射振子210包含一具有一上表面214及一下表面216的基板212、二分别设置在该上表面214及该下表面216的光调制散射振子10。该光调制散射振子10包含一基板12、一设置在该基板12上的天线20、一电气连接在该天线20的光开关30以及一用以传送一光信号至该光开关30的光波导40。该天线20包含一第一导线段22及一第二导线段24，且该光开关30电气连接该第一导线段22及该第二导线段24，且二光调制散射振子10的天线20是彼此正交。
图7为本发明第一实施例的三极化光调制散射振子310。如图7所示，该三极化光调制散射振子310包含一本体312以及三个分别设置在该本体312表面的光调制散射振子10。较佳地，该本体312具有三个彼此正交的表面314、316及318的立方体。该天线20包含一第一导线段22及一第二导线段24，且该三个光调制振子10的天线20是彼此正交。为清晰起见，仅标识各光调制散射振子10的天线20。
图8为本发明第二实施例的三极化光调制散射振子320。与图7的光调制散射振子310相比较，图8的三极化光调制散射振子320是采用图4所示的光调制散射振子110(即采用具有二自由末端122、124的环形天线120)。当该光开关30(未显示于图中)导通该自由末端122、124时，该环形天线120可用以散射一待测磁场。为清晰起见，仅标识各光调制散射振子110的环形天线120。
图9为本发明第一实施例的光调制散射振子阵列50。如图9所示，该光调制散射振子阵列50包含一基板52、多个设置在该基板52上的开口54以及多个如图1所示的光调制散射振子10。该开口54的直径以略大在该套管42的直径为佳，以便该套管42固设于该开口54中。该多个光调制散射振子10形成一维阵列，且该多个天线20是以单极化阵列方式排列，可用以测量一待测电磁信号的一维分布。该光波导40是经由该开口14将该光调制信号传送至该光开关30。
图10为本发明第二实施例的光调制散射振子阵列60。如图10所示，该光调制散射振子阵列60包含一基板62、多个设置在该基板62上的天线20，多个用以控制该天线20的光开关30以及多个用以传送光调制信号的光波导40。该多个天线20是以一维阵列方式排列，亦即以单极化阵列排列。与图9的光调制散射振子阵列50相比较，图10的光调制散射振子阵列60是将该多个天线20直接制作在该基板62的表面。该第一导线段22及第二导线段24之间具有一开口64，该光波导40是经由该开口64将该光调制信号照射在该光开关30。
图11为本发明第一实施例的双极化光调制散射振子阵列70，其中为清晰起见，仅标识各光调制散射振子10的天线20，而未显示对应的光开关30及光波导40。如图11所示，该双极化光调制散射振子阵列70是设置于一基板202上，且包含12个光调制散射振子10，以二个一组构成六个呈二维阵列排列的双极化光调制散射振子200，且该多个天线20是以两个一组且彼此垂直方式设置在该基板202上，可用以测量一待测电磁场的二维分布。熟悉该项技艺者应了解，该六个双极化光调制散射振子200亦可以一维阵列方式排列，以测量一待测电磁场的一维分布。
图12为本发明第二实施例的双极化光调制散射振子阵列80。如图12所示，该双极化光调制散射振子阵列80包含8个光调制散射振子10构成四个呈二维阵列排列的双极化光调制散射振子210，且该多个天线20是以两个一组且彼此垂直方式排列，可用以测量一待测电磁场的二维分布。请参图6，该天线20是设置于该基板12上，而该基板10是则设置于该基板212上。特而言之，8个光调制散射振子12是以二个一组且彼此垂直方式分别设置于该基板212的上下表面。熟悉该项技艺者应了解，该四个双极化光调制散射振子210亦可以一维阵列方式排列，以测量一待测电磁场的一维分布。
图13为本发明第一实施例的三极化光调制散射振子阵列90，其中为清晰起见，仅标识各光调制散射振子10的天线20，而未显示对应的光开关30及光波导40。如图13所示，该三极化光调制散射振子阵列90是由八个堆栈成二层的三极化光调制散射振子310构成。每个三极化光调制散射振子310具有三个相互正交的天线20，可以量测空间电磁场中某确定坐标的三个相互正交的电磁场极化分量。这八个三极化光调制散射振子310的组合可量测各本体312中心坐标处的三个相互垂直的电磁场极化分量。如将此三极化光调制散射振子312组合扩大，则可测量待测电磁场各极化分量的三维电磁场空间分布。
图14为本发明第二实施例的三极化光调制散射振子阵列330。与图13的三极化光调制散射振子阵列90相比较，图14的三极化光调制散射振子阵列330是以图4的环形天线120取代该天线20。由切换控制连接该多个环形天线120的光开关30(未显示在图14中)，该光调制散射振子阵列330可用以测量一待测电磁场的一维、二维或三维空间分布。
与习知技艺相比较，本发明的光调制散射振子10是使用非导体的光波导40传送用以调制该天线20的光调制信号，因此可避免习知以电调制造成的干扰问题。本发明的光调制散射振子10具有高精度、高分辨度、高保真度等优点，可应用在天线近场、SAR分布以及电磁波传播、电磁兼容分析等电磁场分布测量工作。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，本发明的设计并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，都包括在本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求书的限定为准。
权利要求
1.一种光调制散射振子，其特征在于所述光调制散射振子包含一基板；一天线，设置在该基板上；一光开关，电气连接于该天线；以及一光波导，用以传送一光信号至该光开关。
2.如权利要求1所述的光调制散射振子，其特征在于所述的天线包含一第一导线段及一第二导线段，且该光开关电气连接该第一导线段及该第二导线段。
3.如权利要求1所述的光调制散射振子，其特征在于所述的天线是一具有二自由末端的环形天线，且该光开关连接该二自由末端。
4.如权利要求1所述的光调制散射振子，其特征在于所述的光开关包含一砷化镓基板；一第一电极，设置在该砷化镓基板上；以及一第二电极，设置在该砷化镓基板上。
5.如权利要求4所述的光调制散射振子，其特征在于所述的第一电极与该第二电极是呈指叉交错状排列，且该光波导是对准该呈指叉交错状排列的区域。
6.如权利要求4所述的光调制散射振子，其特征在于所述的第一电极与该砷化镓基板是呈欧姆接触。
7.如权利要求1所述的光调制散射振子，其特征在于还包含一用以将该光波导固定在该基板上的套管。
8.如权利要求1所述的光调制散射振子，其特征在于所述的基板是由非导体的材质构成。
9.如权利要求8所述的光调制散射振子，其特征在于所述的基板的材质是云母材质。
10.如权利要求8所述的光调制散射振子，其特征在于所述的光信号是穿透该基板而传送至该光开关。
11.如权利要求8所述的光调制散射振子，其特征在于所述的基板是微晶玻璃材质。
12.如权利要求8所述的光调制散射振子，其特征在于所述的基板包含一开口，而该光波导是经由该开口将该光信号传送至该光开关。
13.一种光调制散射振子阵列，其特征在于所述光调制散射振子阵列包含一第一基板；多个天线，以阵列排列方式设置在该第一基板上；多个光开关，电气连接于该多个天线；以及多个光波导，用以传送一光信号至该多个光开关。
14.如权利要求13所述的光调制散射振子阵列，其特征在于所述的多个天线是以单极化阵列方式排列。
15.如权利要求14所述的光调制散射振子阵列，其特征在于所述的多个天线是设置于一第二基板上，且该第二基板是设置于该第一基板上。
16.如权利要求13所述的光调制散射振子阵列，其特征在于所述的多个天线是以双极化阵列方式排列。
17.如权利要求16所述的光调制散射振子阵列，其特征在于所述的多个天线是以两个一组且彼此垂直方式设置在该第一基板上。
18.如权利要求16所述的光调制散射振子阵列，其特征在于所述的多个天线是以两个一组且彼此垂直方式排列，该天线是设置于一第二基板上，且该第二基板是设置于该第一基板上。
全文摘要
本发明揭示一种光调制散射振子及其阵列。该光调制散射振子包含一基板、一设置在该基板上的天线、一连接该天线的光开关及一用以传送一光调制信号至该光开关的光波导。该天线可为包含设置在该基板表面的一第一导线段及一第二导线段，而该光开关包含连接在该第一导线段及该第二导线段的第一电极及第二电极。该天线亦可为一具有二端点的环形天线，且该光开关连接该环形天线的二端点。该光调制散射振子阵列可包含一第一基板、一第二基板以及多个设置在该第一基板及该第二基板上的光调制散射振子。该光调制散射振子可形成一维阵列、二维阵列或三维阵列。
文档编号G01R29/10GK1737587SQ20041005823
公开日2006年2月22日 申请日期2004年8月17日 优先权日2004年8月17日
发明者黄铭杰, 梁文烈, 薛文崇 申请人:财团法人工业技术研究院