本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種應(yīng)用于380～390GHz的太赫茲波導(dǎo)濾波器，上腔體和下腔體閉合形成濾波器波導(dǎo)腔，閉合形成濾波器波導(dǎo)腔的上腔體和下腔體為硅基鍍金材質(zhì)，波導(dǎo)腔由輸入段、輸出段以及位于輸入段與輸出段之間3~7個(gè)諧振腔構(gòu)成，以空氣為填充介質(zhì)，波導(dǎo)腔橫截面的寬、高尺寸分別為0.56mm±5μm、0.28mm±5μm，諧振腔由對(duì)稱(chēng)隔墻構(gòu)成的感性耦合窗形成，位于兩端的諧振腔腔長(zhǎng)小于位于中間諧振腔腔長(zhǎng)，位于兩端的感性耦合窗的窗寬大于位于中間的感性耦合窗的窗寬。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)具有工作頻段高，損耗小，易加工，方便與其他組件連接等優(yōu)點(diǎn)，在太赫茲系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于太赫茲無(wú)源器件，更為具體地說(shuō)，是涉及一種適用于380 390GHz頻段的基于MEMS體硅工藝的波導(dǎo)帶通濾波器。
技術(shù)介紹
濾波器是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，它通過(guò)在濾波器通帶頻率內(nèi)提供信號(hào)傳輸并在阻帶內(nèi)提供衰減的特性，用以選擇系統(tǒng)中某處的頻率響應(yīng)。典型的頻率響應(yīng)包括低通、高通、帶通和帶阻特性。濾波器實(shí)際上已廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型的通信、雷達(dá)測(cè)試或測(cè)量系統(tǒng)中。濾波器的功能構(gòu)件是約束或引導(dǎo)電磁波能量定向傳輸?shù)膫鬏斁€系統(tǒng)，即導(dǎo)行系統(tǒng)，導(dǎo)行波是指能量的全部或絕大部分受傳輸線導(dǎo)體或介質(zhì)的邊界約束、在傳輸線有限截面內(nèi)沿確定方向(一般為軸向)傳輸?shù)碾姶挪ǎ瑢?dǎo)行波的模式，又稱(chēng)為傳輸模、正規(guī)模，是指能夠沿傳輸線獨(dú) 立存在的場(chǎng)型，傳輸線中導(dǎo)模兩相同相位面之間的距離稱(chēng)為該導(dǎo)模的波導(dǎo)波長(zhǎng)λ g,是一與傳輸線結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的參數(shù)。濾波器將一個(gè)或多個(gè)諧振腔通過(guò)耦合的形式連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)一定的頻率響應(yīng)；諧振腔是一段一定長(zhǎng)度的導(dǎo)行系統(tǒng)，其長(zhǎng)度一般為波導(dǎo)半波長(zhǎng)或四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)；耦合的形式則可以根據(jù)耦合面上的場(chǎng)分布分為磁耦合、電耦合以及混合形式的耦合，又可以根據(jù)耦合面處等效電路的性質(zhì)分為容性耦合、感性耦合等。太赫茲頻率一般指300GHz 3000GHz范圍內(nèi)的電磁頻段，它位于微波頻段(300MHz 300GHz)與紅外頻段之間，限于技術(shù)水平，過(guò)去一直沒(méi)有得到利用，成為一段太赫茲空白(Terahertz Gap)。由于電磁頻譜的日益擁擠,300GHz以下的頻譜資源開(kāi)發(fā)殆盡，這一段“空白”亟需加以利用。近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)適用于太赫茲頻段的器件以及系統(tǒng)的研究得以進(jìn)行，其中作為太赫茲系統(tǒng)的重要組成部件一太赫茲濾波器已成為目前研究的熱點(diǎn)。但在太赫茲頻率區(qū)間的不同頻段，電磁波的傳輸有不同的特性，因此，研究開(kāi)發(fā)適用于特定頻段的太赫茲頻段的波導(dǎo)濾波器存在很大困難。為了拓展頻譜資源的利用范圍，改變電磁頻譜日益擁擠的現(xiàn)狀，研究開(kāi)發(fā)可適用于太赫茲頻率特定頻段的波導(dǎo)濾波器，是所屬領(lǐng)域的科技工作者共同面臨的課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有濾波器在應(yīng)用頻率上的不足，本專(zhuān)利技術(shù)的目的旨在提供一種應(yīng)用在380 390GHz頻段的太赫茲波導(dǎo)濾波器，以拓展頻譜資源的利用范圍，改變電磁頻譜日益擁擠的現(xiàn)狀。本專(zhuān)利技術(shù)的專(zhuān)利技術(shù)人在研究中發(fā)現(xiàn)，在太赫茲頻段，各種介質(zhì)材料的介質(zhì)損耗急劇增大，含有介質(zhì)填充的濾波器難以應(yīng)用在這個(gè)頻段，例如基于微帶的平面濾波器。專(zhuān)利技術(shù)人同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在38(T390GHz太赫茲頻段，可以利用94GHz的大氣窗口實(shí)現(xiàn)四倍頻大功率輸出，又可以利用本頻段大氣吸收窗口實(shí)現(xiàn)特定條件下的通信。專(zhuān)利技術(shù)人基于上述發(fā)現(xiàn)，研究開(kāi)發(fā)出了可應(yīng)用于380 390GHz的太赫茲波導(dǎo)濾波器。本專(zhuān)利技術(shù)提供的應(yīng)用于380 390GHz的太赫茲波導(dǎo)濾波器，上腔體和下腔體閉合形成濾波器波導(dǎo)腔，閉合形成濾波器波導(dǎo)腔的上腔體和下腔體為硅基鍍金材質(zhì)，波導(dǎo)腔由輸入段、輸出段以及位于輸入段與輸出段之間3 7個(gè)諧振腔構(gòu)成，以空氣為填充介質(zhì)，波導(dǎo)腔橫截面的寬、高尺寸分別為O. 56πιπι±5μπι、0. 28mm±5 μ m，諧振腔由對(duì)稱(chēng)隔墻構(gòu)成的感性耦合窗分隔形成，位于兩端的諧振腔腔長(zhǎng)小于位于中間諧振腔腔長(zhǎng)，位于兩端的感性耦合窗的窗寬大于位于中間的感性耦合窗的窗寬。本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步的技術(shù)方案，太赫茲波導(dǎo)濾波器設(shè)置有5飛個(gè)的諧振腔，諧振腔腔長(zhǎng)由兩端向內(nèi)分別為449±3 μ m、499±3 μ m、502±3 μ m,感性f禹合窗的窗寬由兩端向內(nèi)分別為 287±3um、187±3um、171±3um。本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步的技術(shù)方案，太赫茲波導(dǎo)濾波器為剖分結(jié)構(gòu)，閉合形成濾波器波導(dǎo)腔的上腔體為平整基片，下腔體為在基片上通過(guò)蝕刻加工出濾波器波導(dǎo)腔的整體結(jié)構(gòu)，上腔體封蓋在下腔體鍵合構(gòu)成太赫茲波導(dǎo)濾波器。太赫茲波導(dǎo)濾波器采取上述結(jié)構(gòu)，可完全避免傳統(tǒng)濾波器上、下腔體分別蝕刻一半濾波結(jié)構(gòu)，在上、下腔體閉合時(shí)可能產(chǎn)生對(duì)位不準(zhǔn)的問(wèn)題。 為了更好地實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)利技術(shù)的目的，本專(zhuān)利技術(shù)還可進(jìn)一步采取以下技術(shù)措施。以下技術(shù)措施可單獨(dú)采取，也可組合采取，甚至一并采取。下腔體的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)為在橫、縱方向均相對(duì)于中心線對(duì)稱(chēng)。構(gòu)成感性耦合窗的隔墻，其上緣最好與下腔體基片表面平齊，下端最好與諧振腔底面平齊。隔墻厚度最好為60μπι±3μπι。下腔體最好采取在硅質(zhì)基片上通過(guò)蝕刻加工出波導(dǎo)腔的整體結(jié)構(gòu)，再通過(guò)濺射鍍金工藝在波導(dǎo)腔結(jié)構(gòu)上鍍覆鍍金層。鍍金層的厚度最好為2. 5^3. 5 μ m。本專(zhuān)利技術(shù)提供的應(yīng)用于380 390GHz的太赫茲波導(dǎo)濾波器，采取體硅加工工藝加工制取。體娃加工工藝是MEMS (Microelectromechanical Systems,微機(jī)電系統(tǒng))工藝中具有代表性的一種。MEMS所代表的是由特征尺寸在O. OOlmm O. Imm的組件所集成的系統(tǒng)，具有微米量級(jí)的加工精度。體硅加工工藝在保證一定工藝水平的同時(shí)具有加工費(fèi)用相對(duì)低廉、加工條件相對(duì)簡(jiǎn)單以及技術(shù)要求相對(duì)較低的特點(diǎn)。所述體硅加工工藝，其工藝流程大致如下首先，在娃質(zhì)基片的表面生成一層不同化學(xué)成分的掩模層。然后，通過(guò)光刻的方式在掩模層上生成圖形，圖形位于需要腐蝕的硅質(zhì)基片部分在掩模層上的對(duì)應(yīng)位置，并將這部分的掩模層除去，裸露出之下的硅質(zhì)基片。隨后，通過(guò)氣相腐蝕劑腐蝕硅質(zhì)基片，得到規(guī)定深度和形狀的矩形槽，氣相腐蝕劑具有各向異性的特點(diǎn)，以保證其主要在深度上進(jìn)行腐蝕，并且對(duì)掩模層沒(méi)有腐蝕作用，通過(guò)殘留的掩模層可以保護(hù)其下的硅質(zhì)基片不受腐蝕。其后，通過(guò)腐蝕劑清除殘留的掩模層，該腐蝕劑應(yīng)對(duì)硅質(zhì)基片沒(méi)有腐蝕作用，該工序完成后，只余下經(jīng)過(guò)刻蝕處理的硅質(zhì)基片。此后，在硅質(zhì)基片的表面，以及矩形槽的表面通過(guò)金屬濺射的方式進(jìn)行金屬化操作。最后，將該基片與另外一塊經(jīng)過(guò)表面金屬化處理的基片進(jìn)行鍵合，形成一個(gè)內(nèi)表面金屬化的腔，該腔即為濾波器的波導(dǎo)腔。本專(zhuān)利技術(shù)提供的太赫茲波導(dǎo)濾波器，是以空氣為填充介質(zhì)的波導(dǎo)濾波結(jié)構(gòu)，即濾波器的功能構(gòu)件是以空氣為填充介質(zhì)的波導(dǎo)。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)(Agilent N5245A)結(jié)合頻率拓展模塊(0ML-V022VNA2)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果是在380 390GHz頻段的單位長(zhǎng)度波導(dǎo)的損耗僅為O. 3 O. 56dB/mm。這意味著本專(zhuān)利技術(shù)的波導(dǎo)濾波器可以實(shí)現(xiàn)較低的插入損耗，解決了現(xiàn)有技術(shù)以其他介質(zhì)為填充的濾波器，在太赫茲頻段介質(zhì)材料的介質(zhì)損耗急劇增大，難以應(yīng)用在這個(gè)頻段的難題。本專(zhuān)利技術(shù)的波導(dǎo)濾波器應(yīng)用于38(T390GHz頻段，可利用94GHz的大氣窗口實(shí)現(xiàn)四倍頻大功率輸出，又可以利用本頻段大氣吸收窗口實(shí)現(xiàn)特定條件下的通信等特點(diǎn)，具有優(yōu)良的傳輸性能。 本專(zhuān)利技術(shù)提供的應(yīng)用于380 390GHz的太赫茲波導(dǎo)濾波器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取了以平整基片作為閉合形成濾波器波導(dǎo)腔的上腔體，在作為下腔體的基片上通過(guò)蝕刻加工出濾波器波導(dǎo)腔的整體結(jié)構(gòu)，上腔體封蓋在下腔體鍵合構(gòu)成太赫茲波導(dǎo)濾波器，摒棄了現(xiàn)有技術(shù)的濾波器在上、下腔體分別蝕刻一半濾波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，完全避免了上、下腔體閉合時(shí)有可能產(chǎn)生對(duì)位不準(zhǔn)的問(wèn)題，大大提高了濾波器的加工制作性。本專(zhuān)利技術(shù)的太赫茲波導(dǎo)濾波器，具有工作頻率高，損耗小，易于制造，便于集成等優(yōu)點(diǎn)，在太赫茲系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明附圖I為本專(zhuān)利技術(shù)的太赫茲波導(dǎo)濾波器主視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本專(zhuān)利技術(shù)的太赫茲波本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種應(yīng)用于380～390GHz的太赫茲波導(dǎo)濾波器，上腔體（1）和下腔體（2）閉合形成濾波器波導(dǎo)腔（3），其特征在于閉合形成濾波器波導(dǎo)腔的上腔體和下腔體為硅基鍍金材質(zhì)，波導(dǎo)腔由輸入段（4）、輸出段（5）以及位于輸入段與輸出段之間3~7個(gè)諧振腔構(gòu)成，以空氣為填充介質(zhì)，波導(dǎo)腔橫截面的寬、高尺寸分別為0.56mm±5μm、0.28mm±5μm，諧振腔由對(duì)稱(chēng)隔墻構(gòu)成的感性耦合窗分隔形成，位于兩端的諧振腔腔長(zhǎng)小于位于中間諧振腔腔長(zhǎng)，位于兩端的感性耦合窗的窗寬大于位于中間的感性耦合窗的窗寬。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張勇，胡江，徐銳敏，延波，謝善誼，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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