李靖豪，楊琬琛*，周晨昱，薛 泉，文岐業(yè)，車(chē)文荃

(1.華南理工大學(xué) 廣東省毫米波與太赫茲重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510641；2.電子科技大學(xué) 電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610054)

0 引言

釩是一種過(guò)渡金屬，其氧化物在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體—絕緣體相變，這是一種典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系特征[1]。在釩的氧化物中，二氧化釩(VO2)因其相變溫度接近室溫而受到廣泛關(guān)注[2]。在相變過(guò)程中，VO2晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(單斜monoclinic結(jié)構(gòu)變?yōu)樗姆较嘟鸺t石型rutile結(jié)構(gòu))，導(dǎo)致VO2薄膜發(fā)生絕緣體—金屬轉(zhuǎn)變[3-5]。同時(shí)，電阻率、介電性能、磁化率、光透射率和反射率等也有較大的變化。有許多方法可以用來(lái)激勵(lì)VO2相變，例如溫度、電(包括電流和電壓)、激光和壓力[7-10]。此外，在VO2薄膜的制備過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整化學(xué)計(jì)量[11](氧分壓、離子摻雜和濺射功率等)會(huì)改變相變溫度和性能。這些特性使得VO2在未來(lái)射頻/光開(kāi)關(guān)和可調(diào)設(shè)備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[12-16]。

在VO2薄膜的激勵(lì)方式中，激光激勵(lì)、熱激勵(lì)和電激勵(lì)被廣泛研究[15-17]。激光激勵(lì)的相變速度快，但需要外加激光發(fā)生器，增加了設(shè)備的體積。熱激勵(lì)操作簡(jiǎn)單，VO2薄膜相變程度高，但溫度升高可能對(duì)器件的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，且相變速度較慢。與熱激勵(lì)相比，電激勵(lì)具有更高的可靠性和多樣性[18]，并且可控性更好，對(duì)設(shè)備的負(fù)面影響很小，缺點(diǎn)則是VO2薄膜相變程度較低。綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)，電激勵(lì)VO2相變的方式更符合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。但是，許多已經(jīng)發(fā)表的工作主要集中在對(duì)初始電壓[19]、結(jié)構(gòu)演化[20]以及相變的控制[21]的分析，很少關(guān)注VO2相變程度大小。相變程度高表明VO2作為電路開(kāi)關(guān)在絕緣狀態(tài)下具有良好的隔離性和在導(dǎo)通狀態(tài)下具有低損耗性，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的開(kāi)關(guān)功能。

超材料是一類(lèi)具有自然界中材料所不具備的超常物理性質(zhì)的等效均勻人工復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的微結(jié)構(gòu)，可使超材料的相對(duì)等效介電常數(shù)、相對(duì)等效磁導(dǎo)率為小于1的正實(shí)數(shù)、負(fù)實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)，從而使電磁波傳播方式從根本上發(fā)生變化，給電子學(xué)、聲學(xué)和光學(xué)等領(lǐng)域帶來(lái)了廣泛深遠(yuǎn)的影響。超材料概念所涵蓋的范圍非常廣，其中超表面結(jié)構(gòu)作為一種超材料，對(duì)入射的平面波具有同相位反射的特性。超表面在天線性能提升方面是一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)，例如，通過(guò)加載人工磁導(dǎo)體(AMC)、電磁帶隙結(jié)構(gòu)和平面型阻抗表面等超材料結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)天線的高增益、寬頻、小型化和低剖面等性能。

為了更好地將VO2薄膜應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景，本文使用具有不同尺寸/形狀電極的電路和不同激勵(lì)方式來(lái)研究相變程度的大小。相變程度可以用絕緣狀態(tài)下VO2薄膜的電阻率除以金屬狀態(tài)下的電阻率來(lái)定義[22]。在此基礎(chǔ)上，還對(duì)電激勵(lì)相變的原理進(jìn)行了分析。此外，考慮到VO2薄膜在射頻開(kāi)關(guān)和可調(diào)器件中的應(yīng)用前景，還研究了VO2薄膜在毫米波電路中的相變調(diào)控方法。最后，將VO2薄膜與超表面天線結(jié)合，設(shè)計(jì)出具有高性能的毫米波頻率可重構(gòu)超表面天線。

1 VO2相變特性分析

1.1 不同電極對(duì)VO2電激勵(lì)相變程度的影響分析

為了研究VO2薄膜的相變調(diào)控方法，采用微加工技術(shù)加工了VO2薄膜電路。制作過(guò)程如下：首先制備VO2薄膜，即通過(guò)磁控濺射在藍(lán)寶石襯底上鍍一層200 nm厚的VO2薄膜。在實(shí)驗(yàn)中，需要在VO2薄膜上沉積具有精確形狀和尺寸的金屬電極，因此需要用到光刻工藝，包括旋涂光刻膠、干燥、曝光和顯影等，這是對(duì)金屬電極質(zhì)量影響最大的關(guān)鍵步驟；然后，通過(guò)電子束蒸發(fā)在基板上沉積10/800 nm厚的Ti/Au層；最后，通過(guò)剝離方法，可以獲得精確形狀和尺寸的金屬電極。

采用上述微加工技術(shù)，設(shè)計(jì)并制作了一系列具有矩形和交指2種電極的VO2集成電路，以分析金屬電極對(duì)電激勵(lì)VO2相變的影響，如圖1所示。每種類(lèi)型都包含幾種不同尺寸。在室溫(約25 ℃)下研究了電激勵(lì)相變特性。測(cè)試電路原理如圖2所示。為了操作方便和連接的穩(wěn)固性，需要外接PCB板放置在VO2電路下方，用金線和銦粒將信號(hào)從電極引導(dǎo)到PCB板上的金屬焊盤(pán)。使用Keithley 2460源表提供穩(wěn)定的直流電流，并與PCB板上的金屬焊盤(pán)連接。需要注意的是，不同電路中的所有VO2薄膜都是在相同的環(huán)境中制備的，因此它們的特性相似。例如，絕緣狀態(tài)下所有薄膜的電阻率約為0.04 Ω·m。

(a) 矩形電極

圖2 電激勵(lì)相變測(cè)試電路原理

不同尺寸矩形電極的VO2電路的測(cè)量結(jié)果如圖3(a)和圖3(b)所示。對(duì)于樣品1，2和3，所有電極的寬度w相同，而電極間隙g不同。隨著電極間隙g變大，絕緣狀態(tài)下VO2膜的電阻R將根據(jù)式(1)增加，其中ρ表示VO2薄膜的電阻率，t表示VO2薄膜的厚度，w表示電極的寬度。當(dāng)在電極上施加直流電流時(shí)(如圖3(a)所示)，VO2薄膜的電阻率ρ隨著電流值的增大而逐漸減小，減小的速度先慢后快最后慢。因此，在從絕緣體到金屬的轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，它將接近恒定值。需要注意的是，相變程度的大小(M)用絕緣狀態(tài)下VO2膜的電阻率除以金屬狀態(tài)下的電阻率來(lái)定義。VO2膜的相變程度M與其絕緣狀態(tài)下電阻R的變化曲線如圖3(b)所示?？梢钥闯?，相變程度的大小M受絕緣狀態(tài)下電阻R的影響，電阻R越大，相變程度M越大。另外，對(duì)于樣品1，4和5，其電極間隙是固定的，而電極寬度各不相同。隨著電極寬度w變小，絕緣狀態(tài)下VO2薄膜的電阻R增大，導(dǎo)致M增大。

(1)

此外，交指電極的VO2電路的性能如圖3(c)和圖3(d)所示。樣品6和7的交指具有相同的寬度wj，而間隙gj不同。相反，樣品8的交指具有與樣品7相同的間隙，而寬度不同。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，隨著交指間的寬度或間隙變大，絕緣狀態(tài)下VO2薄膜的電阻R增大，M也增大。因此，可以通過(guò)改變電極的尺寸和形狀來(lái)增加絕緣狀態(tài)下的電阻值，以獲得更大的M。將交指電極換成矩形電極，絕緣狀態(tài)下的電阻可以從0.23 kΩ增加到37.7 kΩ，導(dǎo)致M的大小從22上升到548。想要解釋上述現(xiàn)象，則需要從電激勵(lì)相變的原理入手。對(duì)該原理主要有2種解釋——電場(chǎng)效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)[18]。在電激勵(lì)相變中，電場(chǎng)或載流子注入的Poole-Frenkel效應(yīng)導(dǎo)致載流子濃度增加，達(dá)到相變臨界值(約1021cm-3)[23]，導(dǎo)致VO2發(fā)生Mott躍遷。相變所需的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度約為50 V/μm[24]。但上述樣品的間隙是微米級(jí)別(20，50和100 μm)，這意味著相變需要高于1 000 V的電壓。而本實(shí)驗(yàn)中施加的電壓均低于100 V，遠(yuǎn)低于臨界電壓，顯然不是電場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)致VO2相變。所以VO2薄膜相變主要是因?yàn)榻苟鸁嵝?yīng)。焦耳熱效應(yīng)的原理是載流子注入的電流會(huì)產(chǎn)生熱量，將VO2膜的溫度升高到相變的臨界溫度以上。眾所周知，電路中的焦耳熱在相同時(shí)間和電流下與電阻成正比，這在一定程度上可以解釋較大的電阻R會(huì)帶來(lái)更高M(jìn)值的現(xiàn)象。

(a) 矩形電極的電阻率與激勵(lì)電流關(guān)系

綜合上述分析可知，VO2薄膜的相變程度與電極尺寸和形狀有密切的關(guān)系。通過(guò)改變電極尺寸和形狀，可以增大VO2薄膜絕緣態(tài)的電阻，從而增大薄膜的相變程度。

1.2 不同激勵(lì)方式下VO2的相變程度分析

基于上述不同電極對(duì)VO2電激勵(lì)相變程度的影響分析，本節(jié)重點(diǎn)研究不同激勵(lì)方式對(duì)VO2相變程度的影響分析，分別采用熱激勵(lì)、電激勵(lì)和電熱混合激勵(lì)等3種方式，如圖4所示。為保證實(shí)驗(yàn)的可靠性，在絕緣狀態(tài)下對(duì)同一VO2薄膜樣品施加3種激勵(lì)，該樣品絕緣狀態(tài)下電阻率為0.044 Ω·m，并在相同環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(a) 熱激勵(lì)

如圖4(a)和表1所示，加熱時(shí)，將樣品置于可調(diào)節(jié)溫度的加熱臺(tái)上，將VO2薄膜從室溫(約25 ℃)加熱至90 ℃。在這種熱激勵(lì)下，VO2薄膜的電阻率下降到8.96×10-6Ω·m，M約為4 911。電激勵(lì)的實(shí)驗(yàn)方法和上文提及的一樣。如圖4(b)所示，當(dāng)電流上升到40 mA時(shí)，VO2薄膜的電阻率下降到1.21×10-4Ω·m，此時(shí)M約為364，遠(yuǎn)小于加熱時(shí)的M。接下來(lái)是電熱混合激勵(lì)。首先將樣品在加熱臺(tái)上加熱到圖4(a)中的A點(diǎn)(約60 ℃)，此時(shí)VO2薄膜的電阻率沒(méi)有發(fā)生突變，即還沒(méi)有開(kāi)始相變。然后，與上述電激勵(lì)相同的方式對(duì)樣品施加電流，溫度保持在60 ℃。由于60 ℃低于臨界相變溫度，所以仍然是由電流而不是溫度引起的相變。由圖4(c)可知，隨著電流的增加，VO2薄膜的電阻率急劇下降，最終下降到6.68×10-4Ω·m，M約為660。

表1 不同激勵(lì)方式下的相變特性對(duì)比

表1記錄了相變程度M值在不同的激勵(lì)方式下的變化，熱激勵(lì)最高，電激勵(lì)最低，而使用電熱混合激勵(lì)的M值介于二者之間，這種現(xiàn)象可能是由不同激勵(lì)產(chǎn)生的能量不同引起的。

由于電激勵(lì)相變都是通過(guò)焦耳熱效應(yīng)產(chǎn)生能量的，可通過(guò)耗散功率來(lái)衡量其激勵(lì)程度，如式(2)所示，其中P代表耗散功率，I和U分別代表從源表獲得的VO2薄膜兩端的電流和電壓。通過(guò)這種方式，可以計(jì)算出耗散功率，如圖5所示。

圖5 VO2薄膜在不同偏置電流下的電壓與耗散功率

隨著電流的增加，耗散功率不斷上升，最大值約為138 mW。假設(shè)縫隙中的VO2薄膜整體受熱均勻并且整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，可以使用式(3)建立熱模型[18]，其中T是VO2薄膜的溫度，k是熱導(dǎo)率，TA是環(huán)境溫度。然后，式(3)可以轉(zhuǎn)化為式(4)。根據(jù)圖4中的測(cè)量結(jié)果k可估算出來(lái)，其中I0為相變臨界電流，R0為施加臨界電流時(shí)VO2薄膜的電阻，T0為相變臨界溫度。因此，VO2薄膜的等效溫度可以通過(guò)式(5)計(jì)算出來(lái)(t代表VO2薄膜的厚度，ρ代表電阻率)。在40 mA電流激勵(lì)下，VO2薄膜的等效溫度約為69 ℃，遠(yuǎn)低于加熱時(shí)的溫度(約90 ℃)。使用相同的方法計(jì)算出電熱混合激勵(lì)的等效溫度約為81 ℃，介于熱激勵(lì)和電激勵(lì)之間?；谶@些公式，每次激勵(lì)的等效溫度變化與M的變化一致，表明相變程度M值主要受電路中的熱量影響，等效溫度較高的激勵(lì)會(huì)帶來(lái)更高M(jìn)值。

P=UI=I2R,

(2)

P=I2R=kwg(T-TA),

(3)

(4)

(5)

2 毫米波頻段的相變特性

考慮到VO2薄膜在微波/毫米波開(kāi)關(guān)和可調(diào)器件中的應(yīng)用前景，本節(jié)進(jìn)一步研究了VO2薄膜在毫米波波段的相變特性。設(shè)計(jì)并制作了一種集成VO2薄膜的可切換共面波導(dǎo)(CPW)，如圖6所示。在中心信號(hào)線和兩側(cè)地之間加載2片200 nm厚的VO2薄膜。毫米波信號(hào)通過(guò)探針臺(tái)施加在中心線上，并用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)進(jìn)行測(cè)試。如圖7所示，當(dāng)VO2薄膜絕緣電阻率為4.96×10-3Ω·m時(shí)，CPW導(dǎo)通，整個(gè)電路的損耗約為1.3 dB。注意損耗包括CPW線約0.8 dB的插入損耗和從CPW到探針臺(tái)的GSG探頭的0.2 dB過(guò)渡損耗，因此VO2薄膜的損耗僅約為0.3 dB。和之前的實(shí)驗(yàn)一樣，這里采用3種激勵(lì)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先，在熱激勵(lì)下，CPW被加熱臺(tái)從25 ℃加熱到95 ℃，從圖7(a)中可以觀察到S21參數(shù)明顯下降。VO2薄膜相變后的S21參數(shù)低于-40 dB，這意味著幾乎所有的毫米波信號(hào)都輸出到地上，CPW電路斷開(kāi)。該結(jié)果表明熱激勵(lì)下的VO2薄膜在毫米波段表現(xiàn)出良好的相變特性，因此可被視為具有低損耗和高隔離度的高性能毫米波開(kāi)關(guān)。

由圖3可以看出,土壤中添加無(wú)機(jī)肥和添加菌渣都能有效增強(qiáng)土壤氧化還原電位,但增強(qiáng)幅度隨著土壤中重金屬濃度的增加而降低.相較于空白對(duì)照組,無(wú)機(jī)肥添加分別使Cd0Zn0,Cd1Zn0,Cd1Zn100,Cd1Zn500,Cd1Zn1000處理組的氧化還原電位增加了40.4%,41.6%,34.2%,33.2%和30.3%;菌渣對(duì)土壤氧化還原電位的增強(qiáng)效果大于無(wú)機(jī)肥,使得氧化還原電位在各重金屬處理組中分別增加了81.4%,79.0%,72.3%,68.8%和65.5%.菌渣和無(wú)機(jī)肥同時(shí)添加組也使土壤氧化還原電位有明顯的提高,且增強(qiáng)效果介于菌渣添加組和無(wú)機(jī)肥添加組之間.

圖6 基于VO2薄膜的CPW電路的測(cè)試連接圖

(a) 不同激勵(lì)下的S21

然后是電激勵(lì)相變實(shí)驗(yàn)。由Keithley 2460源表提供的外部直流信號(hào)施加在中心線上，射頻地與直流地相連，因此可以通過(guò)電激勵(lì)VO2薄膜來(lái)導(dǎo)通或斷開(kāi)CPW電路。為了防止直流電流對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀造成損壞，故在輸入輸出端加了2個(gè)隔直器，用來(lái)隔離直流和射頻信號(hào)。測(cè)試結(jié)果如圖7所示。施加直流電流后，VO2薄膜發(fā)生相變，但由于薄膜絕緣態(tài)的電阻較小，僅通過(guò)電激勵(lì)時(shí)，相變前后的電阻率變化不大(該樣品相變前的電阻率約0.016 Ω·m，相變后的電阻率約7.84×10-4Ω·m，電阻率變化率僅20左右)。雖然電路傳輸信號(hào)的能力變差，但傳輸系數(shù)S21僅降低至-4 dB左右，此時(shí)隔離度不高。

為了使電控的效果更佳，采用溫控和電控同時(shí)激勵(lì)的方式。在電路樣品下放置一塊加熱陶瓷片，給樣品加熱至69 ℃左右(此溫度為熱激勵(lì)相變的臨界值)，如圖7(b)所示，然后用電流激勵(lì)，此時(shí)傳輸系數(shù)S21低于-20 dB，電路兩端口之間的隔離度較高，電路處于斷開(kāi)狀態(tài)，表明通過(guò)溫控+電控的激勵(lì)方式，可以有效地控制CPW電路的通斷。由表2可以看出，毫米波波段S21參數(shù)的變化是由不同激勵(lì)方式下的相變程度M值決定的，M值越大，開(kāi)關(guān)性能越好。

表2 不同激勵(lì)下毫米波波段的相變與傳輸特性比較

3 基于VO2薄膜的頻率可重構(gòu)超表面天線

基于上述VO2薄膜的相變調(diào)控方法的研究成果，將VO2薄膜與共面緊湊型超表面結(jié)構(gòu)(UC-PBG)結(jié)合，并用于毫米波天線的輻射體，設(shè)計(jì)出一種可實(shí)現(xiàn)大范圍頻率可重構(gòu)的超表面天線[25]。如圖8(a)所示，天線采用矩形波導(dǎo)饋電，通過(guò)平行雙縫將電磁波耦合到上表面加載有VO2薄膜的UC-PBG結(jié)構(gòu)，再輻射出去?？紤]到VO2薄膜相變前后，UC-PBG結(jié)構(gòu)分別在22.5和40 GHz左右產(chǎn)生諧振，這里提出一種雙縫結(jié)構(gòu)，即采用2條不同長(zhǎng)度的縫隙，通過(guò)調(diào)節(jié)縫隙的長(zhǎng)度和距離來(lái)分別改變2條縫隙的工作頻率，從而實(shí)現(xiàn)雙頻諧振。另外，在波導(dǎo)和縫隙之間加了一段階梯型波導(dǎo)過(guò)渡，并在波導(dǎo)內(nèi)部設(shè)計(jì)了雙脊結(jié)構(gòu)，從而使天線在高低頻處均能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。為了更好地激勵(lì)VO2薄膜，采用電熱混合激勵(lì)VO2薄膜相變的折衷方法，兼具2種調(diào)控方式的優(yōu)點(diǎn)，其中熱激勵(lì)方式是將加熱陶瓷片固定在天線下方金屬件上并連通直流源表，改變?cè)幢磔敵鲭妷?，加熱陶瓷片產(chǎn)生的溫度也會(huì)隨之變化。電激勵(lì)方式則是通過(guò)偏置電路實(shí)現(xiàn)，這里巧妙地利用了UC-PBG結(jié)構(gòu)的連通性，將偏置電路放置在遠(yuǎn)離天線輻射體的一側(cè)，減少了對(duì)天線輻射性能的影響，并且只需在最左側(cè)和最右側(cè)兩列加足夠大的直流電，便可以激勵(lì)所有VO2薄膜。

圖8 基于VO2薄膜的頻率可重構(gòu)超表面天線結(jié)構(gòu)

圖8(b)和圖8(c)為加載VO2薄膜的UC-PBG結(jié)構(gòu)圖。超表面結(jié)構(gòu)同相反射帶隙的形成是由于諧振回路的作用，在超表面結(jié)構(gòu)中加入VO2薄膜，通過(guò)控制VO2薄膜的相變，改變超表面結(jié)構(gòu)的等效電容/電感大小，進(jìn)而就可以改變其同相反射頻率。超表面具體尺寸如表3所示。

表3 超表面結(jié)構(gòu)尺寸

介質(zhì)基板采用<0001>晶向的藍(lán)寶石晶片，介電常數(shù)為(9.3，9.3，11.5)，厚度0.5 mm。VO2薄膜位于相鄰超表面單元連接處。等效電路如圖9所示，紅色和藍(lán)色的虛線框代表VO2薄膜的等效電路。當(dāng)VO2薄膜絕緣時(shí)，相鄰單元微帶分支斷開(kāi)，微帶分支不再呈現(xiàn)感性，由于VO2薄膜并非理想絕緣體，所以會(huì)引入一個(gè)電容Coff和大電阻Roff。VO2薄膜相變后，電阻率顯著下降，微帶分支上有感應(yīng)電流存在，故產(chǎn)生一個(gè)等效電感Lon，因?yàn)閂O2薄膜導(dǎo)通時(shí)并非理想導(dǎo)體，所以VO2連接處仍存在一個(gè)等效電容Con。由等效電路可知，VO2薄膜相變前后，超表面結(jié)構(gòu)都可形成一個(gè)LC諧振回路，同相反射特性依然存在。因此，控制VO2薄膜的相變就可以改變同相反射頻率，從而實(shí)現(xiàn)頻率可重構(gòu)。

(a) VO2處于絕緣狀態(tài)

基于VO2薄膜的超表面結(jié)構(gòu)同相反射特性的仿真結(jié)果如圖10所示。可以看出，當(dāng)VO2薄膜絕緣時(shí)，同相反射頻率約23.4 GHz；當(dāng)VO2薄膜導(dǎo)通時(shí)，同相反射特性依然存在，但同相反射頻率提高到約40 GHz。VO2相變前后，同相反射頻率的比值約1∶1.71，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)大范圍的頻率可重構(gòu)。

圖10 基于VO2薄膜的超表面結(jié)構(gòu)在2種狀態(tài)下的反射相位

天線加工實(shí)物圖如圖11所示。采用電熱混合激勵(lì)VO2薄膜相變的方法，使薄膜在相變前后的電阻率由4.96×10-3Ω·m降低至8.16×10-5Ω·m(如表2所示)，獲得了較好的相變效果。VO2薄膜相變前后天線的回波損耗和增益如圖12所示，當(dāng)VO2薄膜絕緣時(shí)，天線的工作頻帶在23.25～24.3 GHz，阻抗帶寬約4.4%，帶內(nèi)最大增益約8.7 dB；當(dāng)VO2薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體，工作頻帶往高頻偏移到37～39.8 GHz，阻抗帶寬約7.3%，帶內(nèi)最大增益約7.6 dB。VO2薄膜相變前后天線的歸一化方向圖如圖13所示，可以看出，VO2薄膜相變前后，方向圖主瓣的測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果基本吻合，H面的交叉極化差距較大，主要原因是交叉極化電平較低，受測(cè)試環(huán)境的影響較大。測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)控制VO2薄膜的相變，可以改變天線的工作頻率，且頻率調(diào)諧比可達(dá)1∶1.61，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的頻率可重構(gòu)。

(a) 三維圖

圖12 基于VO2薄膜的頻率可重構(gòu)超表面天線的S11和增益

(a) 絕緣狀態(tài)E面

4 結(jié)束語(yǔ)