用于THz应用的间隙波导结构的制作方法
【专利摘要】本发明披露了一种微波/毫米装置，通过使用导电材料的两个平行表面之一上的纹理或多层结构在这些表面之间具有一个窄间隙。场主要存在于该间隙内，而不在该纹理或层结构本身中，因此损耗小。该微波/毫米波装置进一步包括一个或多个导电元件，如这两个表面之一中的金属化脊或凹槽、或者位于这两个表面之间的多层结构内的金属带。波沿着这些导电元件传播。这些表面中的至少一个设置有禁止这些波在它们之间的除了沿着该脊、凹槽或带之外的其他方向上传播。在特高频下，间隙波导和间隙线可以实现在IC封装内或芯片本身内。常规的机加工如但不限于：钻孔、碾磨和锯切在100GHz和10THz之间不能以装置所要求的精度限定这些结构。为了获得所要求的高精度，如深反应蚀刻微系统制造方法可以用于以高精度限定这些结构。还可以使用替代制作方法，如注塑成型或其他微成型工艺。金属层可以覆盖某些或全部表面。
【专利说明】用于THz应用的间隙波导结构发明领域
[0001]本发明涉及一种使用间隙波导技术的用于特高频的微波/毫米装置，以及一种用于生产此类装置的方法。
[0002]置量
[0003]对于微波应用，固体矩形波导和同轴传输线由于其在高频下的低损耗而被使用。然而，当频率按比例放大并且物理特性尺寸按比例缩小时，它们在整合在高频系统中时会经历某些实际问题。已经介绍了其他的波导，但其经常需要导电侧壁和良好对准。即使某些结构不需要实体壁，它们在单独制造的部件之间仍然需要电接触。用于在毫米波频率(特别在10GHz以上)下运行的金属波导的传统机加工技术非常复杂和昂贵。还有，当做为组件实现或在两个块中制造时，难以在高频下实现低损耗和高Q值。原因通常是由于通过两个分离的块的微小间隙的磁场泄露，该微小间隙原因源于制造瑕疵或热膨胀所导致的金属变形。
[0004]除了高频下的这些制造问题之外，有源微波电子电路与金属波导在高频下的集成不是非常容易并且经常对工程师构成挑战。当今的平面单片微波集成电路(MMIC)与非平面金属波导不兼容并且需要使用不同的过渡，这给整个系统的增加了更多的复杂性。例如，在IEEE天线及无线传播快报(AWPL) 2009年第8卷84-87页，P.-S.希达尔(P.-S.Kildal)、E.阿方索(E.Alfonso)、A.瓦莱罗-诺盖拉(A.Valero-Nogueira)、和E.拉约-伊格莱西亚斯(E.Rajo-1glesias)的“平行金属板之间的间隙中的基于局部超材料的波导(Localmetamaterial-based waveguides in gaps between parallel metal plates)，，中对此进行了讨论。
[0005]另一方面，微带和共面波导线是最具有代表性的平面传输线，并且这些是非常适用于在电路板上集成有源微波组件的鲁棒、低成本的解决方案。但由于有损耗的介电材料的存在，这些线在毫米波频谱中都遭受高插入损耗。除此之外，超过临界频率之后，衬底模和所期望的模之间的耦合至关重要。因此，尽管现有传输线的许多有吸引力的特性，其在毫米波频率范围内的应用仍然关键并且对问题不免疫。
[0006]P-S希达尔等人在上文所讨论的文章中介绍了被称为脊间隙波导的新波导技术，并且还在US 2011/0181373A1中对其进行了披露。这种技术基于沿着平行板导波中的折皱的脊出现的局部波现象。在IEEE微波和无线组件快报(2009年)第19卷第536-538页，瓦莱罗-诺盖拉、E.阿方索、J.1.赫兰斯(J.1.Herranz)、P.-S.希达尔的“单硬壁波导中的局部准 TEM 间隙模的实验性不范(Experimental demonstrat1n of local quas1-TEMgap modes in single-hard-wall waveguides)，，中对此进行了进一步讨论。
[0007]在10和20GHz之间示范脊间隙波导本身并使用常规制作方法对其进行实现。例如，见IEEE微波和无线组件快报(2009年)第19卷第536-538页，瓦莱罗-诺盖拉、E.阿方索、J.1.赫兰斯、P.-S.希达尔的“单硬壁波导中的局部准TEM间隙模式的实验性示范(Experimental demon-strat1n of local quas1-TEM gap modes in single-hard-wallwaveguides)”。
[0008]这些结构使用金属引脚形式的超材料表面来创造平行板阻带，由此将波限制到这些引脚之间的金属脊。例如，见IEEE关于天线和传播快报事务(2008年)第56卷第405-415页，M.西尔韦里尼亚(M.Silveirinha), C.费尔南德斯(C.Fernandes), J.科斯塔(J.Costa)的“金属引脚形成的纹理表面的电磁表征(Electromagnetic characterizat1nof textured surfaces formed by metallic pins)”。超材料是被设计成具有在自然中可能找不到的特性的人工材料。超材料通常从结构而非成分获得其特性，从而使用较小的不均匀性创造有效的宏观行为。在两个平行金属板之间不需要导电侧壁或准确对准。除引脚之外还可以使用其他周期性结构设计阻带。例如，见IET微波、天线及传播(2011年)第5卷第282-289页，E.拉约-伊格莱西亚斯、P.-S.希达尔的“用于在间隙波导中使用的钉床、折皱和蘑葫型EBG所实现的平行板截止带宽的数值研宄(Numerical studies ofbandwidth of parallel plate cut-off realized by bed of nails, corrugat1ns andmushroom-type EBG for use in gap waveguides)”。
[0009]对新提出的间隙波导技术的初始研宄显示，这种新技术具有比微带线或共平面波导低得多的损耗并且与常规金属波导相比还更灵活且更易制造。因此，新提出的这种基于间隙波导技术的微波解决方案在低损耗和制造灵活性两种相对标准之间给出了非常好的折衷。还有，这种间隙波导具有抑制腔膜和在重要带宽上的微带电路内的不想要的传播的特性并且作为封装方案被提出。例如，见IEEE微波和无线组件快报(2009年)第20卷第31-33页，E.拉约-伊格莱西亚斯、A.乌兹扎曼(A.Uz Zaman)、P.-S.希达尔的“使用钉盖进行微带电路封装中的平行板腔模抑制(Parallel plate cavity mode suppress1n inmicrostrip circuit packages using a lid of nails)，，，以及 IEEE 天线和传播社会国际研讨会2010年第1-4页，A.乌兹扎曼(A.Uz Zaman)、J.杨(J.Yang)、P.-S.希达尔的“使用引脚盖封装微带板的以对无线电望远镜应用的十一个天线的端口进行解扰(Using lidof pins for packaging of microstrip board for descrambling the ports of elevenantenna for rad1 telescope applicat1ns)”。
[0010]尽管它们在形成组件时比矩形波导具有优点，但对于100GHz以上的频率，由于引脚尺寸小，生产这些波导非常具有挑战性。
[0011]因此，需要一种用于上文所讨论类型的微波/毫米波装置的改进的和/或更加具有成本效益的制造方法。
[0012]发曰月概沐
[0013]本发明的目的是提供上文所讨论的类型的改进的和/或更加具有成本效益的微波/毫米波装置、以及用于此类装置的制造方法。
[0014]通过如所附权利要求书中所限定的方法和微波/毫米波装置实现此目的。
[0015]根据本发明的第一方面，提供了一种用于制作微波/毫米波装置的可伸缩生产方法，如电磁波装置的全部或一部分、电磁波装置的屏蔽、或电磁波装置的封装，所述微波/毫米波装置在IGHz和10THz之间的频率范围的整个范围或一个或多个子范围中的多个频率下运行，并且包括在所述微波/毫米波装置的一个表面上提供一种超材料的步骤。
[0016]在此上下文中，一般通过结合亚波长尺寸的结构元件(即，小于它们所影响的波的波长的特征)将超材料理解为被设计成准周期性图案、以及优选地周期性图案从而具有从成分获得的特性(如精确形状、几何结构、尺寸和取向)的材料。超材料在工作频带内优选地充当理想磁导体(PMC)，由此起到阻止间隙内的波传播的阻带的作用。优选地，以粧、钉子、柱子、补钉的形式或从表面在准周期性或周期性图案中延伸的形式提供超材料。特别优选的设计是具有蘑菇状或倒金字塔状的柱子/粧，即，在与表面连接或集成的末端具有更小的截面尺寸并在对端具有更大的截面尺寸。
[0017]在本发明的上下文中，术语“微波/毫米波装置”用于命名任何类型的能够传输、传递、引导和控制电磁波的传播的装置，特别是在装置的尺寸或其机械细节与波长在同一数量级(如波导、传输线、波导电路或传输线电路)的高频下。在下文中，将关于各实施例，如波导、传输线、波导电路或传输线电路对本发明进行讨论。然而，本领域的技术人员将认识到，关于这些实施例中的任意一个所讨论的特定有利特征和优点也适用于其他实施例。
[0018]通过使用微型机加工，这种类型的装置(如脊间隙波导和其他脊间隙装置)的制作对于IGHz以上(并且尤其是10GHz以上，甚至更加优选的ITHz以上)的范围变得可以具有成本效益地生产并且处于可缩放的生产。这使得能够针对各种应用高效地使用THz波。例如，THz波可用于分子检测等。
[0019]该微波/毫米装置通过使用两个导电材料的平行表面之一上的纹理或多层结构在这些表面之间优选地具有一个窄间隙。场主要存在于该间隙内，而不在该纹理或层结构本身中，因此损耗小。该微波/毫米波装置进一步包括一个或多个导电元件，如这两个表面之一中的金属化脊或凹槽、或者位于这两个表面之间的多层结构内的金属带。波沿着这些导电元件传播。这些表面中的至少一个设置有禁止这些波沿着它们之间的除了该脊、凹槽或带之外的其他方向上传播。在特高频，间隙波导和间隙线可以实现在IC封装内或芯片本身内。
[0020]如上文所讨论的，常规机加工(如但不限于:钻孔、碾磨和锯切)在IGHz以上(并且特别在10GHz以上，如在IGHz和10THz之间的范围，以及特别在10GHz和1THz之间的范围)不能按照装置所要求的精度限定结构。
[0021]为了获得所要求的高精度，发明人已经发现，微系统制造方法(如深反应蚀刻)可以具有成本效益地用于以高精度限定这些结构。还可以使用替代制作方法，如注塑成型或其他微成型工艺。还已经发现，金属层可以高效地并以非常好的结果覆盖非导电和半导电表面。
[0022]微波/毫米波装置优选地基于如US 2011/0181373中所披露的间隙波导技术，所述文献通过引用以其全文结合在此。
[0023]确切地，该微波/毫米波装置优选地包括两个导电材料的相对表面，这些表面被安排成用于在其间形成一个窄间隙，其中，这些表面中的至少一个设置有至少一个导电元件，如设置在该表面上的导电脊、设置在该表面上的具有多个导电壁的凹槽、或安排在该表面的多层结构内的导电带，并且其中，这些表面中的至少一个设置有所述超材料，由此阻止在该间隙内的除了沿着所述导电元件之外的其他方向上的波传播。
[0024]该波导由这些表面之一以及另一表面中的或者金属脊(脊间隙波导)或凹槽(凹槽间隙波导)所限定，并且传输线由这些表面之一和位于这两个面(微带间隙线)之间的间隙内的金属带所限定。这些波分别沿着脊、凹槽和带传播。这两个金属表面之间不需要金属连接。这些表面中至少一个设置有禁止波在的它们之间除了沿着脊、凹槽或带之外的其他方向上传播的手段(如超材料)，例如，通过使用金属表面本身内的纹理或结构或多层结构中的周期性金属层。该纹理或结构将经常是周期性或准周期性的并且被设计成用于与这些波交互，其方式为使得它们作为人工磁导体(AMC)、电磁带隙(RBG)表面或软表面宏观地工作。可以具有沿着这两个金属表面中的至少一个的边缘的实体金属壁。此壁可以用于用这些表面之间的良好限定且小的间隙使这些表面相对比彼此保持在稳定的位置上。此壁可以在不影响性能的情况下位于离电路非常近，并且它甚至将为有源集成电路的集成提供良好的封装解决方案。在特高频，间隙波导和间隙线可以实现在IC封装内或芯片本身内。
[0025]本发明的基本几何结构包括两个平行导电表面。这些表面可以是两个金属块的表面，但是它们还可以由其他类型的具有金属化表面的材料制成。它们还可以由具有良好导电性的其他材料制成。这两个表面可以是平面的或弯曲的，但是它们在两种情况下都被分开非常小的距离、间隙，并且传输线电路和波导电路形成于这两个表面之间的此间隙内。该间隙通常充满空气，但它还可以完全或部分是填充电介质，并且有效地，其尺寸通常小于0.25波长。
[0026]通过此纹理或多层结构，优选地以超材料的形式，可以控制这两个表面之间的间隙中的波传播，从而使得它遵循特定路线，从而作为间隙内的传输线或波导(因此间隙传输线和间隙波导)出现。通过将不同长度、方向和特性阻抗的间隙波导(或传输线)连接在一起或集成，并且通过控制平行的间隙波导(或传输线)之间的耦合，可以用与用常规微带线，和圆柱状、矩形或同轴波导实现此类电路的方式类似的方式在这两个平行导电面之间实现波导(或传输线)组件和完整的波导(或传输线)。
[0027]在该方法中，在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤可以包含一种硅微制作方法。该硅微制作方法优选地是深反应离子蚀刻。
[0028]在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤可以另外或可替代地包含使用碳纳米纤维或碳纳米管。
[0029]在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤可以另外或可替代地包含使用至少一种聚合物来制作一个高分辨率结构、以及随后使该高分辨率结构金属化。该至少一种聚合物可以包括有图案的光敏性高纵横比聚合物，如SU-8。进一步地，可以有利地通过微成型工艺中的至少一种形成所述至少一种聚合物中的至少一种，如注射成型和热模压。
[0030]通过溅射、蒸发和化学气相沉积中的至少一种优选地应用该金属化。随后可以通过电镀和无电式电镀中的至少一种改进该金属化。
[0031]在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤还可以包含光刻、电铸、模铸(平板印刷、电镀和模塑，LIGA)工艺。
[0032]进一步地，在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤可以包含以下步骤:在该表面上溅射金属层(如0.5um Al层)、在该金属层上旋压光刻胶层、扩展该光刻胶层、蚀刻所暴露的金属，例如，使用深反应离子蚀刻。在将Al和剩余抗蚀剂剥离之后，该方法可以进一步包括溅射金作为晶种层以及进行电镀。
[0033]可以使用常规机加工技术和材料(如印刷电路板技术、金属机加工或金属化的非金属)制作所述微波/毫米波装置的至少一部分。
[0034]进一步地，可以使用自由成形或3D成形用金属或其他导电材料或金属化的非金属制作所述微波/毫米波装置的至少一部分。可以通过溅射、蒸发和化学气相沉积中的至少一种应用该金属化。可以通过电镀和无电式电镀进一步改进该金属化。
[0035]该超材料在某一频率范围优选地充当理想磁导体。
[0036]优选地，该微波/毫米波装置的一个成品零件是盖子。该盖子由此可安排在例如设置有所述超材料的第二零件上。将该盖子优选地与外缘周围的另一部分连接。优选地通过硅热键合、共晶键合、阳极键合和粘结剂键合中的至少一项形成该连接。
[0037]可以在所述微波/毫米波装置上的法兰上形成超材料，由此提供与其他装置等的改进的可连接性。
[0038]优选地，该微波/毫米波装置是以下各项中的至少一项:波导、传输线、波导电路、传输线电路、谐振器/滤波器、例如用于与矩形波导连接的法兰、分路器、屏蔽和封装。
[0039]根据本发明的另一方面，提供了一种微波/毫米波装置，如电磁波装置、电磁波装置的屏蔽或电磁波装置的封装，所述微波/毫米波装置在IGHz和10THz之间的频率范围的整个范围或一个或多个子范围内的多个频率下运行，其中，该微波/毫米波装置包括安排在其至少一个表面上的超材料，所述超材料基于蘑菇状或倒金字塔状柱子。
[0040]由此，如上文关于第一实施例所讨论的类似优点和特定特征是可获得且可实现的。
[0041]该超材料在工作频率范围内优选地充当理想磁导体。
[0042]如上文所讨论的，微波/毫米波装置优选地基于如US 2011/0181373中所披露的间隙波导技术，所述文献通过引用以其全文结合在此。具体地，该微波/毫米波装置优选地包括两个导电材料的相对表面，这些表面被安排成用于在其间形成一个窄间隙，其中，这些表面中的至少一个设置有至少一个导电元件，如设置在该表面上的导电脊、设置在该表面上的具有多个导电壁的凹槽、或安排在该表面的多层结构内的导电带，并且其中，这些表面中的至少一个设置有所述超材料，由此阻止在该间隙内的除了沿着所述导电元件之外的其他方向上的波传播。
[0043]可以将超材料设置在所述微波/毫米波装置的法兰上。通过此类法兰，提供了一种将不同的无源和有源高频电路的波导或传输线连接在一起的方式，该方式移除或至少强有力地减少与来自连接点的辐射、避免不想要的外部场进入波导或传输线的屏蔽、以及两相对的传输线或波导的特征阻抗的匹配相关的问题。进一步地，该连接变得对容差不那么敏感，具体由于出于传输目的不需要此类法兰之间的金属连接。将这些法兰优选地安排成从波导的末端延伸出来。
[0044]优选地，该微波/毫米波装置是以下各项中的至少一项:波导、传输线、波导电路、传输线电路、谐振器/滤波器、例如用于与多个波导连接的法兰、分路器、屏蔽和封装。
[0045]根据本发明的又另一方面，提供了一种包括超材料的用于和电磁波装置一起使用的法兰。
[0046]根据本发明的又另一方面，提供了一种在表面上安排有超材料的电磁波装置，所述超材料包括任意形状的柱子、补钉或其他形式。
[0047]由此，如上文关于第一实施例所讨论的类似优点和特定特征是可获得且可实现的。
[0048]本发明的进一步优点和特征将在以下特定实施例的详细说明中变得清晰。
[0049]MM
[0050]现在将通过实施例并参照附图更详细地讨论本发明，在附图上:
[0051]图1示出了双向功率分配器或组合器作为发明实施例的组件的示例。通过在金属表面之间使用脊间隙波导实现该组件。在提升的位置示出上金属表面以露出下表面上的纹理。
[0052]图2a和图2b在透视图(2a)和在截面视图(2b)两者中示出了在根据本发明的实施例的脊间隙波导中沿着90度弯曲的输入线的切割。
[0053]图3、图4和图5示出了根据本发明的实施例的凹槽间隙波导的三个示例的截面。
[0054]图6a_e示出了作为制作工艺的示例的工艺计划中的各个阶段，该制作工艺是本发明的实施例。
[0055]图7a和图7b示出了根据本发明的示例性实施例，其中，图7a是脊间隙波导，并且图7b是脊间隙谐振器。
[0056]图8是展示了根据本发明的实施例对示例性谐振器进行的测量和仿真的结果的示意图。
[0057]图9和图10是根据本发明的实施例的无接触式引脚-法兰适配器的展示。图9是引脚-法兰表面的设计，并且图10是引脚-法兰适配器原型。
[0058]图11是所提出的工艺所执行并根据本发明的实施例形成的经微机加工的柱子的SEM图片。
[0059]附图详细说明
[0060]在下文中，将关于这些类型的实施例对本发明进行讨论，并且本领域的技术人员将认识到，关于这些实施例中的任意一个所讨论的特定有利特征和优点还适用于其他实施例。
[0061]图1示出了功率分配器或组合器，作为发明实施例的组件的示例。有两个提供上I和下2导电表面的金属化部件。上表面是光滑的，而下表面是有结构的。环绕该结构/纹理，形成超材料，存在该上表面可以固定至的环绕边缘3，以及低于该边缘并由此当安装上表面时在上和下表面之间提供间隙4的区域。金属化的脊5正在形成双臂叉，并且环绕该脊，存在为在下和上表面之间传播的除了沿着脊5的期望波之外的所有波提供截止条件的金属化的粧6。如前文所讨论的，这些金属化的粧在此形成超材料。在工作频带内，这些粧以类似于理想磁导体(PMC)的方式工作。上金属部件内存在用于将其固定至下金属部件金属边缘3的螺孔8，并且在此边缘内存在匹配螺孔7。显示用螺丝进行安装，但还可以使用微型机加工制作中更常见的其他方法，如硅热键合、共晶键合、阳极键合、粘结剂键合。
[0062]图2a和图2b示出了怎样定位波阻面以阻止靠近90度弯曲的波继续直着向前传播。将这些波表示为指向传播方向的波状箭头。箭头的长度表示不同波的振幅。靠近的波可以反而或者被反射(不希望)或者左转(希望)。可以通过正确地切割如所示的弯曲的拐角来实现波的期望转向。
[0063]图3、图4和图5示出了不同的凹槽间隙波导，但它还可以处于上表面，或者在两个表面内可以存在两个相对凹槽。凹槽20设置在下表面中。在图3和图4中，凹槽支持水平偏振波，前提是从顶表面到凹槽底部的距离通常大于图3中的0.5波长并且大于图4中的0.25波长。当凹槽的宽度大于0.5波长时，图5中的凹槽支持垂直偏振波。图3和图4中的凹槽的宽度应当优选地比0.5波长更窄，并且从图5中的凹槽底部到上表面的距离应当优选地有效地小于0.5波长(取决于间隙尺寸甚至可以更小)，均为了保证单模传播。图3和图5中的下表面、以及图4中的上表面设置有波阻表面14。该波阻表面可以具有任何防止波泄露出凹槽20的实现形式。
[0064]图6示出了作为制作工艺的示例的工艺计划中的各个顺序阶段，该制作工艺是本发明的实施例。在第一步骤，在(a)中所展示，在表面上溅射0.5μπι的Al层。在第二步骤，在(b)中所展示，将薄光刻胶层溅射到该Al层上。在第三步骤，在(c)中所展示，扩展光刻胶并对所暴露的Al进行蚀刻。在第四步骤，在(d)中所展示，在剥离Al和剩余的抗蚀剂之后，用深反应离子蚀刻来限定柱子。在最后一步骤，在(e)中所展示，溅射(晶种层)和电镀金。
[0065]作为实验性确认，现在将更详细地讨论针对220-325GHZ的示例性经微机加工的脊间隙波导和谐振器。如前文中所讨论的，脊间隙波导是基本上新的高频波导，该波导在分离块之间不需要任何电接触，并且该波导使其与矩形波导相比具有优点，该矩形波导是现在的标准。经常通过碾磨制作矩形波导。然而，构造10GHz以上的波导时存在问题。如已经讨论的，现在已经发现，MEMS技术可以提供高精度的制作并因此支持新类型的高频组件的路线。
[0066]在此与“微机电系统”(也写作微型-电子-机械(micro-electro-mechanical)、微电子机械(MicroElectroMechanical)或微电子(microelectronic)和微机电(microelectromechanical)系统)相关的MEMS是非常小的装置技术；它以纳米尺度出现在纳米机电系统(NEMS)和纳米技术中。MEMS还被称为微型机、或微型系统技术一MST^EMS通常由尺寸在I至100微米(即，0.001至0.1mm)之间的组件构成，并且MEMS装置的尺寸通常在从20微米(百万分之20米)至若干毫米(即，0.02至1mm)的范围内。
[0067]在下文中将讨论的示例中，使用MEMS技术针对220-325GHZ的频率制造了脊间隙波导和脊间隙谐振器。支持封装被设计成能支持装置测量。
[0068]如图7a和图7b中所示，两个装置被制作成形成弯曲线波导和谐振器。波导的原理基于具有平行于全磁导(PMC)表面的全电导(PEC)表面，该全磁导表面中嵌入有导电脊。通过形成超材料的引脚表面获得PMC，如在IEEE天线及无线传播快报(AWPL) 2009年第8卷第84-87页，P.-S.希达尔、E.阿方索、A.瓦莱罗-诺盖拉、和E.拉约-伊格莱西亚斯的“平行金属板之间的间隙中的基于局部超材料的波导(Local metamaterial-based waveguidesin gaps between parallel metal plates) ”中所讨论的，所述文献通过引用以其全文结合在此。
[0069]通过引脚表面禁止波远离脊传播。对封装进行碾磨以在测量过程中支持硅芯片。这些封装充当从脊间隙波导到标准矩形波导的接口或过渡。
[0070]模拟显示脊间隙波导的反射系数在240和340GHz之间低于_15dB。如图8中所看到的，针对具有无负载Q值336和527的脊间隙谐振器分别在234GHz和284GHz频率测量两个共振峰值。在对电接触没有严格要求的情况下，脊间隙波导和谐振器两者都具有获得与矩形波导相似性能的可能性，从而简化制作和组装技术。
[0071]在另一示例中，如图9和图10所示，针对高频测量，考虑基于间隙波导技术的无接触引脚-法兰适配器。在此，图9是示出了引脚-法兰表面的设计，并且图10示出了引脚-法兰-适配器原型。常规地，使用标准(WR)法兰，这些要求良好的电接触并对小间隙敏感。已经针对频率范围220-325GHZ制作和展示了引脚-法兰适配器，并且该引脚_法兰适配器不需要电接触并且与标准法兰或扼流法兰相比仍将显示类似或更好的结果。
[0072]图11展示了超材料的有利的几何结构和形状，在此，以上文所讨论的方法可获得的粧/柱子的形式。如此SEM图片中清晰看到的，获得了蘑菇状或倒金字塔状粧/柱子，即，在与表面连接或集成的末端具有更小的截面尺寸并在对端具有更大的截面尺寸的柱/柱子。
[0073]本发明不局限于在此所示的实施例。具体地，除了上文所讨论的那些之外，微波/毫米波装置还可用于许多类型的高频装置。进一步地，超材料的不同实现形式是可行，如粧、柱子、补钉、钉等，并且具有不同的几何结构、形状等。进一步地，可以将超材料安排在这两个表面中的任意一个上、或甚至两个表面上。进一步地，可以用各种方式将这两个表面连接，并且腔不需要关闭而可以在一侧或若干侧打开。进一步地，导电表面不需要机械地固定于彼此上，并且还有，除了上文所讨论的示例之外，用于机械互连的许多替代选项是可行的。仍进一步地，其他类型的MEMS和微机加工可用于获得与上文所讨论的结果类似的结果。此类和其他相关修改应当被认为在如所附权利要求书中所限定的专利范围内。
【权利要求】
1.一种用于制作微波/毫米波装置的可伸缩生产方法，如电磁波装置的全部或一部分、电磁波装置的屏蔽、或电磁波装置的封装，所述微波/毫米波装置在IGHz和10THz之间的频率范围的整个范围或一个或多个子范围中的、以及优选地10GHz以上的频率范围中的多个频率下运行，并且包括在所述微波/毫米波装置的一个表面上提供一种超材料的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该微波/毫米波装置包括两个导电材料的相对表面，这些表面被安排成用于在其间形成一个窄间隙，其中，这些表面中的至少一个设置有至少一个导电元件，如设置在该表面上的导电脊、设置在该表面上的具有多个导电壁的凹槽、或安排在该表面的多层结构内的导电带，并且其中，这些表面中的至少一个设置有所述超材料，由此阻止在该间隙内的除了沿着所述导电元件之外的其他方向上的波传播。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤包含一种硅微制作方法。
4.如权利要求3所述的方法，其中，该硅微制作方法是深反应离子蚀刻。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤包含使用碳纳米纤维或碳纳米管。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤包含使用至少一种聚合物来制作一个高分辨率结构、以及随后使该高分辨率结构金属化。
7.如权利要求6所述的方法，其中，该至少一种聚合物包括一种有图案的光敏性高纵横比聚合物，如SU-8。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中，由以下各项中的至少一项形成所述至少一种聚合物中的至少要一种:微成型工艺，如注射成型，或热模压。
9.如权利要求6至8中任意一项所述的方法，其中，通过溅射、蒸发和化学气相沉积中的至少一种来应用该金属化。
10.如权利要求9所述的方法，其中，随后通过电镀和无电式电镀中的至少一种对该金属化进行改进。
11.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤包含一种光刻、电铸、模铸(平板印刷、电镀和模塑，LIGA)工艺。
12.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述在该微波/毫米波装置的所述表面上提供所述超材料的步骤包含以下步骤:在该表面上溅射一个如0.5um铝层金属层，在该金属层上旋压一层光刻胶层，扩展该光刻胶层，以及蚀刻所暴露的金属，将该金属层用作一个掩膜以进行进一步加工，例如使用深反应离子蚀刻。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括在剥去铝和剩余抗蚀剂之后溅射金作为一个晶种层以及进行电镀的步骤。
14.如权利要求1至13中任意一项所述的方法，其中，使用常规机加工技术和材料，如印刷电路板技术、金属机加工或多种金属化的非金属，来制作所述微波/毫米波装置的至少一部分。
15.如权利要求1至14中任意一项所述的方法，其中，使用自由成形或3D成形用金属或其他导电材料或金属化的非金属制作所述微波/毫米波装置的至少一部分。
16.如权利要求15所述的方法，其中，通过溅射、蒸发和化学气相沉积中的至少一种来应用该金属化。
17.如权利要求16所述的方法，其中，通过电镀或无电式电镀对该金属化进行改进。
18.如权利要求1至17中任意一项所述的方法，其中，该超材料在某一频率范围充当一个理想磁导体。
19.如权利要求1至18中任意一项所述的方法，其中，该微波/毫米波装置的一个成品零件是一个盖子。
20.如权利要求1至19中任意一项所述的方法，其中，该超材料形成于所述微波/毫米波装置上的一个法兰上。
21.如权利要求1至20中任意一项所述的方法，其中，该微波/毫米波装置是以下各项中的至少一项:波导、传输线、波导电路、传输线电路、谐振器/滤波器、例如用于与多个矩形波导连接的法兰、分路器、屏蔽和封装。
22.一种微波/毫米波装置，如电磁波装置、电磁波装置的屏蔽或电磁波装置的封装，所述微波/毫米波装置在IGHz和10THz之间的频率范围的整个范围或一个或多个子范围内的频率下运行，其中，该微波/毫米波装置包括一种安排在其至少一个表面上的超材料，所述超材料基于多个蘑菇状或倒金字塔状柱子。
23.如权利要求22所述的装置，其中，该超材料在工作频率范围内充当一个理想磁导
24.如权利要求22或23所述的装置，其中，该微波/毫米波装置包括两个导电材料的相对表面，这些表面被安排成用于在其间形成一个窄间隙，其中，这些表面中的至少一个设置有至少一个导电元件，如设置在该表面上的导电脊、设置在该表面上的具有多个导电壁的凹槽、或安排在该表面的多层结构内的导电带，并且其中，这些表面中的至少一个设置有所述超材料，由此阻止在该间隙内的除了沿着所述导电元件之外的其他方向上的波传播。
25.如权利要求22至24中任意一项所述的装置，其中，该超材料形设置于所述微波/毫米波装置的一个法兰上。
26.如权利要求22至25中任意一项所述的装置，其中，该微波/毫米波装置是以下各项中的至少一项:波导、传输线、波导电路、传输线电路、谐振器/滤波器、例如用于与多个矩形波导连接的法兰、分路器、屏蔽和封装。
27.—种法兰，包括一种用于和电磁波装置一起使用的超材料。
28.—种表面上安排有超材料的电磁波装置，所述超材料包括多个任意形状的柱子、补钉或其他形式。
29.如权利要求27所述的装置，其中，该超材料在某一频率范围内充当一个理想磁导
30.如权利要求22至29中任意一项所述的装置，其中，根据权利要求1至21中任意一项生产所述装置。
【文档编号】H01P11/00GK104488134SQ201380031730
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2012年6月18日
【发明者】波尔-西蒙·基尔代尔, 舒尔德·哈斯尔, 彼得·埃诺克松 申请人:加普韦夫斯公司