[發明專利]太赫茲圓極化雙層90°波紋喇叭天線及其在體硅MEMS工藝下的制備方法

無效

• 申請號: 201310486102.4
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103531910A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 盧宏達;劉埇;趙鵬飛;李慶;劉嘉琳;呂昕
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01Q13/02
• 分類號: H01Q13/02;H01Q15/24;H01Q21/24;B81C3/00
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技術領域

本發明涉及一種太赫茲圓極化雙層90°波紋喇叭天線及其在體硅MEMS工藝下的制備方法，適用于太赫茲波段探測與成像等應用。

背景技術

太赫茲天線設計是服務于太赫茲系統的。當前，比較受關注的太赫茲應用大多集中在成像以及探測。此外，也有很多關于太赫茲通信實用性的論證。在諸多的微波毫米波系統中，波紋喇叭天線是一種受到青睞的前端饋源，以其低交叉極化電平和較好的波束形狀，已經得到了很多方面的研究，諸如理論與特性，結構，輻射以及極化等。作為一種改進的波紋喇叭，90°波紋喇叭天線，或者叫做平面波紋喇叭天線，在二十世紀七十年代被提出并研究，該種天線名稱由來是因為加載波紋的半張角為90°。這種形式的天線擁有低剖面以及較為簡單的結構。近年來仍有關于90°波紋喇叭天線的研究，也被形象的稱作“牛眼”天線或低剖面饋源天線。從結構上考慮，90°波紋喇叭天線非常適合體硅MEMS工藝實現，而體硅MEMS工藝已逐漸成為太赫茲天線的一種高效加工方式。因此，太赫茲探測以及通信系統中，90°波紋喇叭天線是具有應用前景的。此外，太赫茲高效圓極化天線鮮有報道，圓極化天線的出現勢必會增加太赫茲探測的領域，加大太赫茲通信的信息量，因此，將太赫茲圓極化天線與90°波紋喇叭以及體硅MEMS工藝相結合進行研究，并形成本發明所涉及的太赫茲圓極化雙層90°波紋喇叭天線及其在體硅MEMS工藝下的制備方法，是具有實際意義的。

發明內容

本發明的目的是提出一種可良好工作在太赫茲頻段的圓極化雙層90°波紋喇叭天線以及該天線在體硅MEMS工藝下的制備方法。

本發明中的天線結構由兩個主要部分組成：90°波紋喇叭和90°波紋圓極化器。90°波紋喇叭是一個線極化天線，由矩形波導饋電，在波導口面上添加一個波紋，形成90°波紋喇叭天線。在90°波紋喇叭天線上方，添加90°波紋圓極化器，該圓極化器由兩部分組成：極化轉換結構、兩層刻蝕波紋。極化轉換結構形狀為位置相對且中心對稱的兩個近似扇形結構；兩層刻蝕波紋中，位于內側的波紋較寬，外側的較窄。

本發明的太赫茲圓極化雙層90°波紋喇叭天線在體硅MEMS工藝下的制備方法，具體流程為：

（1）選取一個雙面拋光SOI硅片，雙面熱生長氧化層，利用掩膜版分別在雙面光刻形成需要刻蝕的90°線極化波紋喇叭天線圖形窗口，并分別利用ICP干法刻蝕形成饋電波導和一層90°波紋。

（2）選取另一個雙面拋光SOI硅片，利用與（1）中相同的工藝方式，刻蝕形成加載雙層90°波紋的太赫茲圓極化器結構。

（3）利用濺射金工藝完成兩片硅片表面的金屬化，準備鍵合；

（4）對兩片硅片進行對位后，利用金-金熱壓鍵合技術，將兩個圓片鍵合在一起，并通過劃片得到獨立的天線單元加工成品。

有益效果

本發明通過在太赫茲頻段上，將90°波紋喇叭天線與加載90°波紋的圓極化器相結合，得到了性能良好的太赫茲圓極化雙層90°波紋喇叭天線。其中提出了多個具有有益效果的結構：波導口面添加一層90°波紋，作為扼流槽，修正了波導口面周圍的電流分布，以配合輻射需要；在90°波紋線極化天線結構上，添加中心對稱結構作為極化轉換器，使得天線輻射口面產生相位相差90°的正交極化分量，實現圓極化場；在極化轉換器結構周圍，額外添加了兩層波紋，拓展了輻射口面，提高了增益，且進一步修正整體的電流分布，提高輻射效率；該發明中的圓極化方案同時適用于右旋圓極化與左旋圓極化，兩者之間只需通過將圓極化器部分做軸對稱處理即可進行轉換，降低了設計的復雜度。

本發明的太赫茲圓極化雙層90°波紋喇叭天線的體硅MEMS工藝制備方法帶來的有益效果是，該工藝的工藝物理特性滿足本發明中天線加工尺寸要求，且精度高，一致性好，成本低。

本發明工作在425GHz至475GHz范圍內，帶內的回波損耗小于-10dB，帶內圓極化增益大于11.2dB，帶內天頂軸比均小于2dB，圓極化方向圖未出現明顯副瓣。

附圖說明

圖1是本發明天線結構示意圖；

圖2是本發明天線在中心頻率天頂軸比隨太赫茲圓極化器偏轉角度變化曲線；

圖3是本發明天線在體硅MEMS工藝下的制備流程示意圖；

圖4是本發明天線在425GHz至475GHz內的回波損耗曲線；

圖5是本發明天線中心頻率圓極化方向圖；

圖6是本發明天線中心頻率軸比隨角度變化曲線；

圖7a是本發明天線在425GHz的圓極化方向圖；

圖7b是本發明天線在475GHz的圓極化方向圖；