[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

摘要

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。

主权项

1.用于太赫兹频段空间波混频的体硅MEMS波导合路方法，其特征在于：包含以下步骤：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，用于与波导双工器连接，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；步骤3.采用体硅MEMS工艺制作波导双工器；采用硅片制作波导双工器，用金金键合与机械定位固定技术将多个刻蚀相同矩形图案的硅片叠合形成多层硅片叠合结构；波导双工器包括第一腔体滤波器、第二腔体滤波器、波导双工器输出波导：在叠合结构中，相邻层的上下矩形孔径在叠合过程中只有一角重合，三层或三层以上的硅片叠合形成的腔体构成第一腔体滤波器；采用相同方法构造第二腔体滤波器；波导双工器输出波导由各叠合硅片以完全重合的方式连通形成长方体腔体，该长方形腔体纵向长度任意，横截面长边为波导长边、截面短边为波导短边；第一腔体滤波器输出口、第二腔体滤波器输出口、波导双工器输出波导三者在同一节点相连通；步骤4.太赫兹本振信号接收天线的波导端连接波导双工器的第一腔体滤波器的输入口，太赫兹待测信号接收天线的波导端连接波导双工器的第二腔体滤波器的输入口；在波导双工器后端集成太赫兹混频器；太赫兹混频器以芯片形式在距离波导双工器输出波导终端约四分之一工作波长位置插入波导双工器输出波导的波导宽边中心点上，实现与波导双工器的连接；步骤5.太赫兹本振信号接收天线接收空间波形式的太赫兹本振信号；太赫兹本振信号接收天线孔径最小处的矩形波导管，将本振信号空间波转化为电路信号并向波导双工器第一腔体滤波器传输；步骤6.太赫兹待测信号接收天线接收空间波形式的太赫兹待测信号；太赫兹待测信号接收天线孔径最小处的矩形波导管，将待测信号空间波转化为电路信号并向波导双工器第二腔体滤波器传输；步骤7.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；太赫兹本振信号与太赫兹待测信号在第一腔体滤波器输出口、第二腔体滤波器输出口、波导双工器输出波导的汇合节点完成信号叠加。