太赫茲頻掃h(yuǎn)面扇形喇叭天線及其在體硅mems工藝下的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種太赫茲頻掃H面扇形喇叭天線及其在體硅MEMS工藝下的制備方法，適用于太赫茲波段通信及探測等應(yīng)用。本發(fā)明的太赫茲頻掃H面扇形喇叭天線采用了多個具有有益效果的結(jié)構(gòu)：喇叭天線的側(cè)壁展開方式選取了彎曲漸開，使得天線的等相位面能夠發(fā)生變化，產(chǎn)生波束偏轉(zhuǎn)；漸開的曲線選取了兩條平滑過渡的對數(shù)曲線，使得天線饋電部分與輻射結(jié)構(gòu)能有良好的阻抗匹配；兩條對數(shù)曲線選取的底數(shù)不同，在使得口面不斷擴(kuò)大的同時，優(yōu)化了天線波束隨頻率變化的效果，得到對應(yīng)不同頻率不同的波束指向。
【專利說明】太赫茲頻掃H面扇形喇叭天線及其在體硅MEMS工藝下的制 備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太赫茲頻掃H面扇形喇DA天線及其在體娃MEMS工藝下的制備方 法，適用于太赫茲波段通信及探測等應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]頻掃天線，多應(yīng)用于雷達(dá)，在無線探測領(lǐng)域也具有應(yīng)用前景。在國內(nèi)外之前的研究 工作中，頻掃天線大多是陣列結(jié)構(gòu)，通過饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，實現(xiàn)單元相位分布隨頻率變化， 或者是采取漏波天線形式，通過設(shè)計使得輻射結(jié)構(gòu)不同位置的等效源相位分布隨頻率變 化。隨著工藝的發(fā)展以及設(shè)計思路的開拓，近年來，出現(xiàn)了一些新形式的頻掃天線，例如基 片集成波導(dǎo)形式的漏波天線陣列，以及體現(xiàn)新性能的頻掃天線，例如多極化，等等。從原理 上來看，都是對輻射口面的等相位面進(jìn)行調(diào)整。但是，采用單一的傳統(tǒng)形式天線單元實現(xiàn)頻 掃特性，尚未見報道。尤其在太赫茲頻段，未見到有關(guān)于頻掃天線的實例。體硅MEMS工藝以 其微小尺寸和加工精度優(yōu)勢，在太赫茲天線實現(xiàn)方面已被應(yīng)用，近年來利用國內(nèi)工藝水平 研制了 MEMS太赫茲喇叭天線以及電磁晶體集成天線等，并取得了很好的測試結(jié)果。因此， 體硅MEMS工藝是太赫茲頻掃扇形喇叭天線的可靠制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種工作在太赫茲的頻掃H面扇形喇叭天線及其利用國內(nèi) 現(xiàn)有體硅MEMS工藝制備的方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0005]本發(fā)明的一種太赫茲頻掃H面扇形喇機(jī)天線,天線的福射結(jié)構(gòu)是由傳統(tǒng)H面扇形 喇叭天線演化得到；整體形狀為向一側(cè)彎曲的漸開喇叭；由饋電波導(dǎo)口至輻射口采取漸變 擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)；擴(kuò)展方向平行于天線的H面；漸變曲線采取兩條底數(shù)不同的對數(shù)曲線；饋電方 式為矩形波導(dǎo)饋電；
[0006]本發(fā)明的利用體硅MEMS工藝對太赫茲頻掃H面扇形喇叭天線的制備方法，具體步 驟如下:
[0007]( I)選取一個雙面拋光<110>S0I娃片，雙面熱生長氧化層,利用掩膜版光刻形成 需要刻蝕的太赫茲頻掃天線圖形窗口。
[0008](2)將步驟I)中的窗口部分利用ICP干法深槽刻蝕，形成側(cè)壁垂直的槽；
[0009](3)利用濺射金工藝完成硅片的槽內(nèi)側(cè)面以及底部的金屬化，準(zhǔn)備鍵合；
[0010](4)選取另一個雙面拋光<110>S0I娃片，在娃片表面派射金層，使娃片表面金屬 化；
[0011](5)對兩片硅片進(jìn)行對位后，即將步驟4)中的硅片放置于步驟3)得到的硅片的上 面，利用金-金熱壓鍵合技術(shù)，得到加工成品。
[0012]有益效果[0013]本發(fā)明的太赫茲頻掃H面扇形喇叭天線采用了多個具有有益效果的結(jié)構(gòu):喇叭天線的側(cè)壁展開方式選取了彎曲漸開，使得天線的等相位面能夠發(fā)生變化，產(chǎn)生波束偏轉(zhuǎn)；漸開的曲線選取了兩條平滑過渡的對數(shù)曲線，使得天線饋電部分與輻射結(jié)構(gòu)能有良好的阻抗匹配；兩條對數(shù)曲線選取的底數(shù)不同，在使得口面不斷擴(kuò)大的同時，優(yōu)化了天線波束隨頻率變化的效果，得到對應(yīng)不同頻率不同的波束指向。
[0014]本發(fā)明的太赫茲頻掃H面扇形喇叭天線的體硅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太赫茲頻段天線加工要求，且精度高，一致性好，成本低。
[0015]本發(fā)明的天線工作在350GHz至372GHz范圍內(nèi)，帶內(nèi)的駐波比小于1.25，帶內(nèi)增益大于11.ldB，波束頻掃角度可達(dá)到10.5°。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明設(shè)計原理示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明天線幾何尺寸示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明天線在體硅MEMS工藝下的制備流程示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實施例在350GHz至372GHz內(nèi)的電壓駐波比曲線；
[0020]圖5是本發(fā)明實施例在350GHz至372GHz內(nèi)的增益曲線；
[0021]圖6是本發(fā)明實施例在350GHz至372GHz內(nèi)的輻射口面相位分布曲線族；
[0022]圖7是本發(fā)明實施例在350GHz至372GHz內(nèi)的頻掃方向圖；
[0023]圖中:
[0024]I一娃片 A
[0025]2—娃片 B
[0026]3—天線結(jié)構(gòu)刻蝕槽
[0027]4 一天線輻射口面
[0028]5—饋電波導(dǎo)口面
[0029]6—鍵合并劃片后的天線單元
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]實施例
[0032]如圖1和圖2所示,一種太赫茲頻掃H面扇形喇機(jī)天線,天線的福射結(jié)構(gòu)是由傳統(tǒng)H面扇形喇叭天線演化得到；整體形狀為向一側(cè)彎曲的漸開喇叭；饋電方式為波導(dǎo)饋電，波導(dǎo)型號為WR2.2 (559umX279um);由饋電波導(dǎo)口至輻射口采取漸變擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)；擴(kuò)展方向平行于天線的H面；漸變曲線采取兩條底數(shù)不同的對數(shù)曲線。該實施例中天線的結(jié)構(gòu)尺寸如下:
[0033]A=4.71mm，L=6.27mm
[0034]A(X)=1g5X,錯誤！未找到引用源。f2 (X)=1g1 7x
[0035]如圖3所示,一種太赫茲頻掃H面扇形喇口入天線利用體娃MEMS工藝制備的方法步驟如下:
[0036](I)選取一個雙面拋光<110>S0I娃片，雙面熱生長氧化層,利用掩膜版光刻形成需要刻蝕的太赫茲頻掃天線圖形窗口。
[0037](2) ICP干法深槽刻蝕，形成側(cè)壁垂直的槽。
[0038](3)利用濺射金工藝完成硅片的硅槽側(cè)面以及底部的金屬化，準(zhǔn)備鍵合。
[0039](4)選取另一個雙面拋光<110>S0I硅片，濺射金層，使硅圓片表面金屬化。
[0040](5)對兩片硅片進(jìn)行精確對位后，利用金-金熱壓鍵合技術(shù)，得到加工成品。
[0041]其中，選取的兩片硅片厚度均為400um，劃片得到的每個天線外形尺寸為:長10mm ;寬 7mm η
[0042]得到的天線設(shè)計結(jié)果，包括駐波比，增益，相位分布，頻掃特性等，分別繪于圖4，圖5，圖6和圖7中。
[0043]由設(shè)計結(jié)果可得，本發(fā)明工作在350GHz至372GHz范圍內(nèi)，得到了良好的阻抗匹配，帶內(nèi)的駐波比小于1.25，曲線如圖4所示。
[0044]由設(shè)計結(jié)果可得，在基本輻射特性方面，得到了較高的增益，帶內(nèi)增益大于11.1dB,曲線如圖5所示。
[0045]由設(shè)計結(jié)果可得，在頻掃特性方面，天線口面處在H面一維的等相位面隨著頻率在350GHz到372GHz范圍內(nèi)變化，傾斜角度呈現(xiàn)單調(diào)變化，曲線如圖6所示，因此，波束在350GHz至372GHz范圍內(nèi)，頻掃角度可達(dá)到10.5°，曲線如圖7所示。下表中所列為工作頻帶內(nèi)典型頻點的H面頻掃波束指向變化:
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種太赫茲頻掃H面扇形喇ΡΛ天線，其特征在于:天線的福射結(jié)構(gòu)是由H面扇形喇叭天線演化得到；整體形狀為向一側(cè)彎曲的漸開喇叭；由饋電波導(dǎo)口至輻射口采取漸變擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)；擴(kuò)展方向平行于天線的H面；漸變曲線采取兩條底數(shù)不同的對數(shù)曲線；饋電方式為矩形波導(dǎo)饋電。
2.利用體硅MEMS工藝對太赫茲頻掃H面扇形喇叭天線的制備方法，其特征在于具體步驟如下: (1)選取一個雙面拋光<110>S0I硅片，雙面熱生長氧化層，利用掩膜版光刻形成需要刻蝕的太赫茲頻掃天線圖形窗口 ； (2)將步驟I)中的窗口部分利用ICP干法深槽刻蝕，形成側(cè)壁垂直的槽； (3)利用濺射金工藝完成硅片的槽內(nèi)側(cè)面以及底部的金屬化，準(zhǔn)備鍵合； (4)選取另一個雙面拋光<110>S0I娃片,在娃片表面派射金層,使娃片表面金屬化； (5)對兩片硅片進(jìn)行對位后，即將步驟4)中的硅片放置于步驟3)得到的硅片的上面，利用金-金熱壓鍵合技術(shù)，得到加工成品。
【文檔編號】B81C1/00GK103531909SQ201310485832
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】盧宏達(dá), 劉埇, 趙鵬飛, 劉嘉琳, 李慶, 呂昕 申請人:北京理工大學(xué)