[發(fā)明專利]微機(jī)械太赫茲波導(dǎo)、太赫茲波導(dǎo)式諧振腔及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910087333.1
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101577358A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 繆旻;張楊飛;金玉豐
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號: H01P3/12
• 分類號: H01P3/12;H01P7/06;H01P11/00;G02B6/12
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 賈曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于毫米波、亞毫米波和太赫茲(THz)波譜技術(shù)領(lǐng)域所用的金屬波導(dǎo)的加 工工藝，具體涉及一種微機(jī)械太赫茲(THz)波導(dǎo)、太赫茲波導(dǎo)式諧振腔及制備方法。

背景技術(shù)

目前微波電子器件的工作頻率正在向亞毫米波(W波段)、太赫茲頻段(THz，頻率 范圍約300-3000GHz，波長0.1～1mm)擴(kuò)展。其中THz頻段上的電磁波有時也稱為T射線。 與目前利用得較多的S到Ka波段相比，這些高頻端的電磁波具有如下的特點(diǎn)：1)波長短， 分辨率高，可以獲得對象清晰、豐富的細(xì)節(jié)信息，并可直接成像；2)可用頻帶寬，在高 速數(shù)據(jù)通訊方面可以和光波進(jìn)行競爭，而且保密性很好；3)該頻段電磁波的頻率和光子 能量等與多種分子的旋轉(zhuǎn)能級等物理/化學(xué)特征相對應(yīng)，故可以用來提供多種分子和等離子 體的成分及微觀結(jié)構(gòu)信息。近年來在物理等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)Hz電磁波進(jìn)行的探索性研究 表明：THz技術(shù)是揭示多種天文現(xiàn)象、核聚變等離子體現(xiàn)象、分子微觀結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)質(zhì)譜 分析、地球勘探、生物醫(yī)學(xué)成像、氣象學(xué)、環(huán)境保護(hù)研究等方面的重要工具，另外，該技 術(shù)在工程應(yīng)用上具有如下廣闊的潛在應(yīng)用前景：1)可精確識別目標(biāo)特征和對其成像的新 型武器裝備的感測模塊，以及大容量移動通信模塊；2)戰(zhàn)場上以及人群高度密集的機(jī)場、 車站、球場和公共建筑等區(qū)域?qū)瘜W(xué)和生物制品進(jìn)行快速有效的預(yù)警和遙感探測的技術(shù)； 3)醫(yī)療成像(利用其輻射損傷小，而空間分辨率高)；4)糧食和菌種選種。由于半導(dǎo)體 等技術(shù)的限制，與微波頻段和光頻段相比，人們過去對太赫茲頻段的研究相對較少，而且 主要集中在如何利用這一頻段進(jìn)行光譜分析、地球遙感和天體物質(zhì)構(gòu)成分析等基礎(chǔ)性研究 上，器件和電路技術(shù)及其應(yīng)用方面的研究幾乎為空白。從目前的調(diào)研來看，相應(yīng)的器件或 電路的研制尚處于起步階段，相應(yīng)的儀器極為稀缺，價格昂貴，而且一般必須在受控環(huán)境 (如有精確調(diào)溫的實(shí)驗(yàn)室)中使用。

傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)一般是由左右或上下對稱的分體結(jié)構(gòu)組裝而成的管道結(jié)構(gòu)(在波長較 長的微波或毫米波波段工作的波導(dǎo))，或者在整塊金屬上通過鉆孔等方法形成的管道結(jié)構(gòu) (在波長較短的亞毫米波及以上波段)；其基體材料是剛度較高但電導(dǎo)率較低的鋁或者鋼， 在波導(dǎo)壁面上則通過電鍍等方法涂覆一層高電導(dǎo)率的Au或者Ag，以降低信號損耗和泄漏， 同時降低波導(dǎo)的成本；基體材料也可以是具備高電導(dǎo)率和較高剛度的Cu材料，此時其內(nèi)壁 無需涂覆高電導(dǎo)率的金屬，但鑒于材料成本很高，所以波導(dǎo)的橫向尺寸不能很大，一般不 超過10cm；其軸線形狀可以根據(jù)信號互連需求來確定，考慮到加工難度，一般為圓形、半 圓形；金屬波導(dǎo)的截面為矩形或者圓形、橢圓性及其改型，其中絕大多數(shù)為矩形截面。

在W到THz頻段，電磁波的波長縮小到0.1毫米、微米量級，甚至接近光波波長，此時 Ka以下頻段常用的微帶線和共面波導(dǎo)等平面?zhèn)鬏斁€結(jié)構(gòu)必然出現(xiàn)損耗和色散大的問題，將 逐漸為填充空氣或其他電介質(zhì)的各種截面的金屬波導(dǎo)所取代。傳統(tǒng)的金屬波導(dǎo)設(shè)計(jì)已經(jīng)很 難滿足要求。其原因主要在于：

1)THz頻段的有源器件通常為利用IC(集成電路)工藝制作的平面化器件；傳統(tǒng)金屬 波導(dǎo)設(shè)計(jì)是采用精密機(jī)械切削方法加工而成的三維結(jié)構(gòu)，與有源器件接口時，需要利用高 精度的夾具將有源器件放置于截面尺寸在不超過5mm的波導(dǎo)內(nèi)部特定部位，然而再焊接相 應(yīng)引線，故存在組裝對準(zhǔn)困難等問題，這影響了其接口的損耗特性，而且每次連接過程耗 時長，從目前的研究報(bào)道來看，這種組裝很難保證隨后電路的工作特性和成品率，使得加 工成本大大提升；

2)在THz頻段，傳輸?shù)碾姶挪úㄩL大大縮短，相應(yīng)的傳輸波導(dǎo)的尺寸必然大大縮小， 其加工精度要求很高，難度相應(yīng)上升，在金屬材料上利用線切割等精密機(jī)械加工方法加工 出對稱分體結(jié)構(gòu)然后再組裝的方法很難滿足尺寸精度要求，而且相應(yīng)的加工和組裝工藝在 刀具和夾具等方面要求很高，提高了波導(dǎo)的整體成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種內(nèi)嵌于微系統(tǒng)或微電子封裝基板中的微 機(jī)械太赫茲(THz)波導(dǎo)、太赫茲波導(dǎo)式諧振腔及制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：