太赫兹频扫h面扇形喇叭天线及其在体硅mems工艺下的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种太赫兹频扫H面扇形喇叭天线及其在体硅MEMS工艺下的制备方法，适用于太赫兹波段通信及探测等应用。本发明的太赫兹频扫H面扇形喇叭天线采用了多个具有有益效果的结构：喇叭天线的侧壁展开方式选取了弯曲渐开，使得天线的等相位面能够发生变化，产生波束偏转；渐开的曲线选取了两条平滑过渡的对数曲线，使得天线馈电部分与辐射结构能有良好的阻抗匹配；两条对数曲线选取的底数不同，在使得口面不断扩大的同时，优化了天线波束随频率变化的效果，得到对应不同频率不同的波束指向。
【专利说明】太赫兹频扫H面扇形喇叭天线及其在体硅MEMS工艺下的制 备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太赫兹频扫H面扇形喇DA天线及其在体娃MEMS工艺下的制备方 法，适用于太赫兹波段通信及探测等应用。
【背景技术】
[0002]频扫天线，多应用于雷达，在无线探测领域也具有应用前景。在国内外之前的研究 工作中，频扫天线大多是阵列结构，通过馈电网络的设计，实现单元相位分布随频率变化， 或者是采取漏波天线形式，通过设计使得辐射结构不同位置的等效源相位分布随频率变 化。随着工艺的发展以及设计思路的开拓，近年来，出现了一些新形式的频扫天线，例如基 片集成波导形式的漏波天线阵列，以及体现新性能的频扫天线，例如多极化，等等。从原理 上来看，都是对辐射口面的等相位面进行调整。但是，采用单一的传统形式天线单元实现频 扫特性，尚未见报道。尤其在太赫兹频段，未见到有关于频扫天线的实例。体硅MEMS工艺以 其微小尺寸和加工精度优势，在太赫兹天线实现方面已被应用，近年来利用国内工艺水平 研制了 MEMS太赫兹喇叭天线以及电磁晶体集成天线等，并取得了很好的测试结果。因此， 体硅MEMS工艺是太赫兹频扫扇形喇叭天线的可靠制备方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种工作在太赫兹的频扫H面扇形喇叭天线及其利用国内 现有体硅MEMS工艺制备的方法。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0005]本发明的一种太赫兹频扫H面扇形喇机天线,天线的福射结构是由传统H面扇形 喇叭天线演化得到；整体形状为向一侧弯曲的渐开喇叭；由馈电波导口至辐射口采取渐变 扩展的结构；扩展方向平行于天线的H面；渐变曲线采取两条底数不同的对数曲线；馈电方 式为矩形波导馈电；
[0006]本发明的利用体硅MEMS工艺对太赫兹频扫H面扇形喇叭天线的制备方法，具体步 骤如下:
[0007]( I)选取一个双面抛光<110>S0I娃片，双面热生长氧化层,利用掩膜版光刻形成 需要刻蚀的太赫兹频扫天线图形窗口。
[0008](2)将步骤I)中的窗口部分利用ICP干法深槽刻蚀，形成侧壁垂直的槽；
[0009](3)利用溅射金工艺完成硅片的槽内侧面以及底部的金属化，准备键合；
[0010](4)选取另一个双面抛光<110>S0I娃片，在娃片表面派射金层，使娃片表面金属 化；
[0011](5)对两片硅片进行对位后，即将步骤4)中的硅片放置于步骤3)得到的硅片的上 面，利用金-金热压键合技术，得到加工成品。
[0012]有益效果[0013]本发明的太赫兹频扫H面扇形喇叭天线采用了多个具有有益效果的结构:喇叭天线的侧壁展开方式选取了弯曲渐开，使得天线的等相位面能够发生变化，产生波束偏转；渐开的曲线选取了两条平滑过渡的对数曲线，使得天线馈电部分与辐射结构能有良好的阻抗匹配；两条对数曲线选取的底数不同，在使得口面不断扩大的同时，优化了天线波束随频率变化的效果，得到对应不同频率不同的波束指向。
[0014]本发明的太赫兹频扫H面扇形喇叭天线的体硅MEMS工艺制备方法带来的有益效果是，该工艺的工艺物理特性满足太赫兹频段天线加工要求，且精度高，一致性好，成本低。
[0015]本发明的天线工作在350GHz至372GHz范围内，带内的驻波比小于1.25，带内增益大于11.ldB，波束频扫角度可达到10.5°。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明设计原理示意图；
[0017]图2是本发明天线几何尺寸示意图；
[0018]图3是本发明天线在体硅MEMS工艺下的制备流程示意图；
[0019]图4是本发明实施例在350GHz至372GHz内的电压驻波比曲线；
[0020]图5是本发明实施例在350GHz至372GHz内的增益曲线；
[0021]图6是本发明实施例在350GHz至372GHz内的辐射口面相位分布曲线族；
[0022]图7是本发明实施例在350GHz至372GHz内的频扫方向图；
[0023]图中:
[0024]I一娃片 A
[0025]2—娃片 B
[0026]3—天线结构刻蚀槽
[0027]4 一天线辐射口面
[0028]5—馈电波导口面
[0029]6—键合并划片后的天线单元
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0031]实施例
[0032]如图1和图2所示,一种太赫兹频扫H面扇形喇机天线,天线的福射结构是由传统H面扇形喇叭天线演化得到；整体形状为向一侧弯曲的渐开喇叭；馈电方式为波导馈电，波导型号为WR2.2 (559umX279um);由馈电波导口至辐射口采取渐变扩展的结构；扩展方向平行于天线的H面；渐变曲线采取两条底数不同的对数曲线。该实施例中天线的结构尺寸如下:
[0033]A=4.71mm，L=6.27mm
[0034]A(X)=1g5X,错误！未找到引用源。f2 (X)=1g1 7x
[0035]如图3所示,一种太赫兹频扫H面扇形喇口入天线利用体娃MEMS工艺制备的方法步骤如下:
[0036](I)选取一个双面抛光<110>S0I娃片，双面热生长氧化层,利用掩膜版光刻形成需要刻蚀的太赫兹频扫天线图形窗口。
[0037](2) ICP干法深槽刻蚀，形成侧壁垂直的槽。
[0038](3)利用溅射金工艺完成硅片的硅槽侧面以及底部的金属化，准备键合。
[0039](4)选取另一个双面抛光<110>S0I硅片，溅射金层，使硅圆片表面金属化。
[0040](5)对两片硅片进行精确对位后，利用金-金热压键合技术，得到加工成品。
[0041]其中，选取的两片硅片厚度均为400um，划片得到的每个天线外形尺寸为:长10mm ;宽 7mm η
[0042]得到的天线设计结果，包括驻波比，增益，相位分布，频扫特性等，分别绘于图4，图5，图6和图7中。
[0043]由设计结果可得，本发明工作在350GHz至372GHz范围内，得到了良好的阻抗匹配，带内的驻波比小于1.25，曲线如图4所示。
[0044]由设计结果可得，在基本辐射特性方面，得到了较高的增益，带内增益大于11.1dB,曲线如图5所示。
[0045]由设计结果可得，在频扫特性方面，天线口面处在H面一维的等相位面随着频率在350GHz到372GHz范围内变化，倾斜角度呈现单调变化，曲线如图6所示，因此，波束在350GHz至372GHz范围内，频扫角度可达到10.5°，曲线如图7所示。下表中所列为工作频带内典型频点的H面频扫波束指向变化:
[0046]
【权利要求】
1.一种太赫兹频扫H面扇形喇ΡΛ天线，其特征在于:天线的福射结构是由H面扇形喇叭天线演化得到；整体形状为向一侧弯曲的渐开喇叭；由馈电波导口至辐射口采取渐变扩展的结构；扩展方向平行于天线的H面；渐变曲线采取两条底数不同的对数曲线；馈电方式为矩形波导馈电。
2.利用体硅MEMS工艺对太赫兹频扫H面扇形喇叭天线的制备方法，其特征在于具体步骤如下: (1)选取一个双面抛光<110>S0I硅片，双面热生长氧化层，利用掩膜版光刻形成需要刻蚀的太赫兹频扫天线图形窗口 ； (2)将步骤I)中的窗口部分利用ICP干法深槽刻蚀，形成侧壁垂直的槽； (3)利用溅射金工艺完成硅片的槽内侧面以及底部的金属化，准备键合； (4)选取另一个双面抛光<110>S0I娃片,在娃片表面派射金层,使娃片表面金属化； (5)对两片硅片进行对位后，即将步骤4)中的硅片放置于步骤3)得到的硅片的上面，利用金-金热压键合技术，得到加工成品。
【文档编号】B81C1/00GK103531909SQ201310485832
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】卢宏达, 刘埇, 赵鹏飞, 刘嘉琳, 李庆, 吕昕 申请人:北京理工大学