基于金属-绝缘体转变材料三维史密斯图的可重构射频电子功能设计
应用物理
2020-01-29 v1 新兴技术
摘要
近年来，金属-绝缘体转变（MIT）材料领域已成为新型高能效电子功能（如陡坡亚热离子开关、神经形态硬件、可重构射频功能、新型传感器、太赫兹与光电器件）的非传统解决方案。使用二氧化钒（VO2）等 MIT 材料设计射频（RF）电子电路，需要理解其物理特性及具备在宽频范围（1–100 GHz）预测能力的适当模型与工具。在此，我们为具有复杂频率依赖性的器件与电路（如由 MIT 材料使用所产生的那些）开发了三维史密斯图。三维史密斯图的新基础在此涉及有向曲率与变 homothetic（相似放大）的几何基本观念，以厘清 Foster 与非 Foster 电路中的首要理论不一致性——其驱动点阻抗随频率升高在史密斯图上呈现顺时针与逆时针混合的频率依赖路径。我们在此展示三维史密斯图独特的 Visualization 能力，可量化变频率下的方向性。该新三维史密斯图被用作 MIT 材料（其介电常数依赖频率）复杂情形的三维多参数建模与设计环境。本工作中，我们将三维史密斯图应用于二氧化钒（VO2）可重构 Peano 电感器。我们报道了利用 VO2 相变编程多调谐态、工作于 4 GHz 至 10 GHz 范围且具有创纪录品质因数的已制备电感器。最后，我们制备了新的 Peano 曲线滤波器，用于提取 1 GHz–50 GHz 内 VO2 的频率依赖介电常数，以精确设计基于相变材料的射频电子应用。
引用
@article{arxiv.1905.09701,
title = {Reconfigurable radiofrequency electronic functions designed with 3D Smith Charts in Metal-Insulator-Transition Materials},
author = {Andrei Muller and Alin Moldoveanu and Victor Asavei and Riyaz Khadar and Esther Sanabria Codesal and Anna Krammer and Montserrat Fernandez-Bolaños and Matteo Cavalleri and Junrui Zhang and Emanuele Casu and Andreas Schuler and Adrian Mihai Ionescu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.09701},
year = {2020}
}
备注
36 pages, 13 article pages, 23 supplementary pages, 5 main article figures, 32 additional figures