[发明专利]一种CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹技术技术领域，具体涉及一种CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器。

背景技术

太赫兹频段定义为300GHz-3000GHz的电磁频谱范围，其频带低端界限亦可广义地外延至100GHz。该频段下接毫米波频段，上承远红外频段，在电磁频谱中位置独特，处于电子学与光子学研究范畴的交界处。受制于早先的技术水平，这一频段成为电磁频谱内为数不多的空白；鉴于近十余年来电磁频谱日益拥挤的现状，借助现代电子技术水平的迅猛发展，对太赫兹频段的开发与利用已逐渐加速。

在太赫兹系统中，滤波器的角色不可忽略，其性能的好坏影响系统的优劣。滤波器种类繁多、性能各异，太赫兹波导滤波器的研制工作是从21世纪初开始集中地开展，十余年间，国外的研究工作正不断深入，国内的研究工作也已经启动，然而由于研制工作正刚刚起步，目前在国际上，太赫兹滤波器的性能水平往往不及工作于较低频段的同类滤波器，尤其表现于诸如带内插入损耗、带外抑制幅度的指标水平的表现低于后者。而波导因其损耗低，Q值高成为实现Thz滤波器的理想选择。

2011年Hong Jun Tang、Wei Hong等人利用硅基微机械加工工艺在基片上集成了矩形波导的特点，设计了一款双模圆柱谐振腔波导滤波器,该滤波器集成在基片上，设计中心频率为 355GHz,带宽为20GHz。2011年X.Shang等人利用SU8光刻胶工艺，设计了中心频率为 300GHz，3dB带宽为36GHz的4阶电容膜片耦合带通滤波器。2012年Xiao Bang Shang等人基于SU8光刻胶工艺，设计并制造了五阶非对称电容膜片耦合WR-3波导带通滤波器和八阶双通道WR-3波导滤波器，前者中心频率为300GHz,相对带宽为9％；后者中心频率为280GHz, 相对带宽为13％。2013年Q.Chen等人设计了一款三阶WR-3波导带通滤波器，中心频率为 300GHz，相对带宽为3.3％(10GHz)，通带回波损耗为20dB，该滤波器采用SU8光刻胶工艺，谐振腔之间的耦合大小可通过调整谐振腔之间的偏移量实现。

2011年，谭成环，贾宝富，张效钦等人设计了一种X波段的3腔CT结构波导滤波器(“一种交叉耦合波导滤波器的快速设计方法”[A].中国通信学会、湖北省通信管理局.2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C].中国通信学会、湖北省通信管理局:2011:6.)，该滤波器的中心频率为11.5GHz，带宽为100MHz，在传统的CT结构基础上，利用在第二谐振腔中谐振TE102模，而在第一、第三谐振腔均谐振于TE101模的特点，在通带左边11.36GHz处能产生一个传输零点，其结构如图1所示，S参数仿真结果如图2所示。这种3腔滤波器在阻带低频端仅有一个传输零点，带外抑制效果一般。

SU-8分层厚膜工艺是制造THz滤波器的主要工艺之一，但SU-8工艺难以加工封闭结构，即包含孤岛结构的滤波器；原因在于SU-8分层厚膜工艺的刻蚀深度等于SU-8的厚度，故因缺乏支撑结构而不能加工含有孤岛结构的太赫兹交叉耦合滤波器。而上述3腔结构的滤波器的输入、输出波导，三个谐振腔，直接耦合膜片以及交叉耦合膜片均位于同一平面，即在同一个平面构成封闭结构，包含孤岛，因此难以采用SU-8工艺加工上述3腔结构的滤波器。

目前国内外对THz波导滤波器的研究主要采用直接耦合形式，例如采用感性膜片、容性膜片、偏移结构进行耦合，而鲜有关于THz交叉耦合波导滤波器的研究工作。本发明公开一种模CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器，并采用SU-8分层厚膜工艺对其进行加工，其中 SU-8是一种对紫外线(UV light)敏感的光致抗蚀剂，SU-8光刻胶工艺在加工THz滤波器时，将THz滤波器划分为若干层结构，并对每层结构进行加工，然后再把上述若干层结构进行叠加、粘和，最后上述若干层之间通过定位销连接并进行测试。故可利用该工艺的特点对太赫兹交叉耦合波导滤波器进行设计。太赫兹交叉耦合波导滤波器不仅能实现滤波器的小型化，并且阻带抑制性能优良，因此研究设计太赫兹交叉耦合波导滤波器具有较大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器。该滤波器结构简单，在阻带低频端具有两个传输零点，带外抑制效果明显，适用于太赫兹频段，可采用SU8等分层厚膜工艺实现，可用于太赫兹通信系统的射频前端的滤波器单元。

本发明具体采用如下技术方案：