[发明专利]用于太赫兹频段空间波混频的体硅MEMS波导合路方法

说明书

本发明涉及一种用于太赫兹频段空间波混频的体硅MEMS波导合路方法，属于太赫兹波混频接收前端技术领域。本方法引入体硅MEMS技术制作太赫兹本振信号接收天线、太赫兹待测信号接收天线和波导双工器。波导双工器将接收到的太赫兹本振信号与待测信号的电信号进行叠加并通过波导双工器输出波导输入太赫兹混频器，同时隔离太赫兹本振信号接收天线与太赫兹待测信号接收天线。本方法在太赫兹本振信号与待测信号均为空间辐射波形式的情景下取代了常见的太赫兹空间波混频系统中损耗明显的分光膜合路方法；实现系统设计的一体化与集成化，提升了系统接收灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种用于太赫兹频段空间波混频的体硅MEMS波导合路方法，属于太赫兹波混频接收前端技术领域。

背景技术

太赫兹频段介于毫米波与远红外波之间，该频段技术是成熟的微波电子学与光学之间的尚未完全探索研究的技术。太赫兹波具有光谱分辨力、安全性、透视性、瞬态性和宽带等特性，对物理、化学、生物、电子、射电天文等领域有越来越重要的意义，衍生出了包括生物成像、THz波谱快速检测、高速通信、太赫兹雷达等一系列应用。

太赫兹相干检测技术类似于传统微波通信中的超外差技术，其中混频器相关结构是相干检测技术中的关键部分。尤其是在本振信号与待测信号同时为空间波的混频应用领域，现有的分光膜合路模块，待测信号通过分光膜的透射馈入接收天线，本振信号通过分光膜的反射馈入接收天线。为了提升待测信号的接收效率，必须提升分光膜的透光率，降低反射率，二者不能兼得。进而导致输入本振信号功率小，进而对接收系统灵敏度造成影响，降低微弱待测信号的检测能力。

现有体硅MEMS工艺可在几百微米厚度的硅片上刻蚀不同形状的高深宽比孔径，并将刻蚀之后的硅片表面金属化。

发明内容

本发明方法针对太赫兹本振信号以空间波形式馈入系统的太赫兹混频接收系统(空间波辐射形式的太赫兹本振信号与空间波辐射形式的太赫兹待测信号从不同方向照射混频接收系统)，引入体硅MEMS技术和效率更高、性能更好的集成合路混频方式，提升太赫兹频段信号的本振利用效率。

一种用于太赫兹频段空间波混频的体硅MEMS波导合路方法，具体步骤如下：

步骤1.采用体硅MEMS工艺制作太赫兹本振信号接收天线。

采用硅片制作太赫兹本振信号接收天线，用金金键合与机械定位固定技术将多个硅片叠合形成多层硅片结构；所述每个硅片刻蚀一个形状相同且大小不同的孔径，孔径形状采用圆形或正多边形。硅片的孔径按照中心对准的方式重合堆叠，形成从下层硅片向上层硅片逐渐扩展的腔体结构。太赫兹本振信号接收天线辐射主瓣方向指向多层硅片结构中硅片平面的法线方向。在孔径最小的硅片上制作矩形孔径用作矩形波导管，以备与波导双工器连接，所述矩形孔径与所在硅片层的圆形或正多边形孔径同心。

步骤2.采用体硅MEMS工艺制作太赫兹待测信号接收天线。

采用硅片制作太赫兹待测信号接收天线，用金金键合与机械定位固定技术将多个硅片叠合形成多层硅片结构，其中每个硅片上刻蚀一个形状相同、大小不同的三角形孔径。每层硅片的三角形孔径的一边与所在层硅片边缘重合，各层硅片的孔径以各三角形与硅片边缘重合的边线对齐叠合，孔径叠合形成从硅片中心向边缘逐渐扩大的腔体结构。各层硅片中的三角形孔径从下层硅片到中间层硅片逐渐增大，从中间层硅片到上层硅片逐渐减小，在中间层硅片上刻蚀的三角形孔径最远离硅片边沿的顶点位置刻蚀制作矩形波导管，所述矩形波导管为具有固定横截面的长方体腔体，该长方体一个终端的横截面与中间层硅片刻蚀的三角形孔径远离硅片边缘的顶点位置连通。太赫兹待测信号接收天线指向与太赫兹本振信号接收天线垂直，与硅片平面平行。为实现更好的电性能，利用体硅MEMS工艺加工的硅片的高深宽比特性，太赫兹待测信号接收天线在硅片边缘堆叠成的外部口径轮廓成为阶梯状折线，进而实现对天线口面电场幅相的调整。

步骤3.采用体硅MEMS工艺制作波导双工器。