本发明属于太赫兹单片封装,具体涉及一种抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构。
背景技术:
1、波长为3mm~30μm的电磁波称为太赫兹波,其长波段临接毫米波,短波段靠近红外线,处于电子学与光子学的交叉区域。与较低频段的微波相比,太赫兹波的特点是:1、利用的频谱范围宽,信息容量大;2、易实现窄波束和高增益的天线,因而分辨率高,抗干扰性好;3、穿透等离子体的能力强;4、多普勒频移大,测速灵敏度高。因此,太赫兹波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。
2、太赫兹单片-波导过渡结构的损耗一直是影响太赫兹组件性能的重要因素。随着频率的不断上升,晶体管的增益滚降,这时候对于太赫兹单片-波导过渡的低损耗要求就显得格外重要。另一方面,随着频率的上升,常见的外置石英探针-金丝键合-太赫兹单片封装形式的损耗愈发增大,已经不能满足太赫兹频段的封装需求。这是由于在太赫兹频段,键合的金丝会等效成一个电感,其损耗会随着频率上升不断增大。
3、因此,片上偶极子天线过渡在太赫兹电路封装领域成为了当下研究热点。其原理是将偶极子天线集成在单片电路上,通过50欧传输线馈电,将能量通过天线辐射到波导腔体。但是片上偶极子天线存在带内谐振问题,即随着设计的芯片尺寸增大以及频率的上升,芯片封装腔体尺寸已经超过波导尺寸,进而引发腔体带内谐振问题,片上偶极子天线的能量无法完全馈入波导,有部分能量传入芯片腔体引发谐振。
4、为了解决这一问题,文献1(submillimeter-wave waveguide-to-microstriptransitions for wide circuits/wafers doi:10.1109/tthz.2017.2701151)通过引入两侧1/4开路枝节阵列,抑制带内谐振,实现了wr3波导(220~325ghz)的大尺寸石英片上天线-波导过渡。但是其仅公开采用介电常数较低(3.78)的石英衬底,并不能代表现有的常见ⅲ-ⅴ族太赫兹单片衬底材料(如inp,gaas等,介电常数超过10)同样适用。并且,随着频率的上升,1/4开路枝节尺寸越来越小,难以完全抑制大尺寸芯片-腔体的谐振问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中由于芯片封装腔体尺寸大于波导尺寸而引发的腔体带内谐振问题,本发明提供了一种抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构,利用紧凑微带谐振单元(cmrc)结构,实现腔体带内谐振抑制。
2、本发明所采用的技术方案如下:
3、一种抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构,包括芯片腔体、芯片衬底、集成天线结构、波导腔体和两个cmrc结构;其中,芯片腔体与波导腔体相连;芯片衬底位于芯片腔体内部,且芯片衬底宽度大于波导腔体宽度;集成天线结构设置在芯片衬底上表面,集成天线结构包括传输线以及位于波导腔体一侧的偶极子天线;两个cmrc结构对称设置在偶极子天线的两侧。
4、进一步地,所述cmrc结构放置在距离传输线1/4波长位置。
5、进一步地,所述cmrc结构包括多个王字形枝节,各王字形枝节的中间横线依次相连,且垂直于能量传输方向。
6、进一步地,所述cmrc结构还包括两条一端连接至传输线的长枝节,并且两条长枝节的中间分别连接于两端部王字形枝节的中间横线外侧。
7、进一步地,所述cmrc结构通过增加枝节或者变形多枝节,以增强滤波抑制效果。
8、进一步地,所述芯片衬底为石英衬底或ⅲ-ⅴ族太赫兹单片衬底材料。
9、进一步地,所述ⅲ-ⅴ族太赫兹单片衬底材料为inp或gaas。
10、本发明的有益效果为:
11、对于芯片衬底宽度大于波导腔体宽度的情形,本发明提出了一种抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构,通过在偶极子天线两侧对称设置cmrc结构,将原本偶极子天线的部分侧向传输的能量限制在cmrc结构内部,有效避免出现腔体带内谐振问题,实现宽带低损耗传输;本发明的结构简单,易于实现,并与现有国产inp基工艺线兼容,在太赫兹单片封装领域中具有良好的应用前景。
1.一种抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构,其特征在于,包括芯片腔体、芯片衬底、集成天线结构、波导腔体和两个cmrc结构;其中,芯片腔体与波导腔体相连;芯片衬底位于芯片腔体内部,且芯片衬底宽度大于波导腔体宽度;集成天线结构设置在芯片衬底上表面,包括传输线以及位于波导腔体一侧的偶极子天线;两个cmrc结构对称设置在偶极子天线的两侧。
2.根据权利要求1所述抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构,其特征在于,所述cmrc结构放置在距离传输线1/4波长位置。
3.根据权利要求1所述抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构,其特征在于,所述cmrc结构包括多个王字形枝节,各王字形枝节的中间横线依次相连,且垂直于能量传输方向。
4.根据权利要求3所述抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构,其特征在于,所述cmrc结构还包括两条一端连接至传输线的长枝节,并且两条长枝节的中间分别连接于两端部王字形枝节的中间横线外侧。
5.根据权利要求1所述抑制带内谐振的太赫兹单片-波导过渡结构,其特征在于,所述芯片衬底为石英衬底或ⅲ-ⅴ族太赫兹单片衬底材料。