一种CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器，属于太赫兹技术领域。该滤波器基于传统的CT结构，利用TE102模，能在阻带低端产生传输零点。该滤波器包括过渡、矩形谐振腔以及耦合膜片，并基于竖直方向被划分为三层，其中每层均能避免孤岛结构的产生。本发明专利技术提供的滤波器在太赫兹频段实现了交叉耦合，结构简单，新颖，且通带内回波损耗低，插入损耗小，阻带抑制性能好，尤其适用于SU‑8等分层厚膜工艺对其进行加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太赫兹技术
，具体涉及一种TE102模CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器。
技术介绍
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等人利用娃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 BangShang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”.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一一第八届中国通信学会学术年会论文集.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。本专利技术公开一种TE102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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种TE102模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。本专利技术具体采用如下技术方案:—种TE102模CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器，其结构为左右对称形式，如图3至图11所示，由上至下包括上层、中层及下层结构分别如图4、图5及图6所示，图7其该滤波器俯视图，图8为其前视图，图9为其后视图，图10为其左视图，图11为其分层示意图；所述上层结构包括输入波导101，输出波导105 ;所述中层结构包括交叉耦合膜片104，第一、第二、第三矩形谐振腔201、202、203的上部；所述下层结构包括耦合膜片102、103，第一、第二、第三矩形谐振腔201、202、203的下部；所述第一、第二、第三矩形谐振腔201、202、203的上部和相应下部上下盖合构成完整的谐振腔体，所述三个腔体高度相同并呈类“品”字形排布；所述输入波导101的一端为滤波器的输入端，其另一端通过设置在其宽边所在面上的耦合窗与第一矩形谐振腔201上部的上表面的一端连接，第一矩形谐振腔201上部远离输入波导101 —端的侧面通过交叉耦合膜片104与第三矩形谐振腔203的上部侧面连接，所述第一矩形谐振腔201的下部另一侧面通过耦合膜片102与第二矩形谐振腔202的下部侧面连接；所述第三矩形谐振腔203的下部另一侧面通过耦合膜片103与第二矩形谐振腔202的下部侧面连接，耦合膜片102、103连接于第二矩形谐振腔的同一侧面上；第三矩形谐振腔203的上部通过设置在其远离交叉耦合膜片104 —端的上表面上的耦合窗与输出波导105宽边所在下表面的一端连接；输出波导105的另一端即为滤波器的输出端。进一步的，所述上层结构、中层结构及下层结构的高度均相同且等于工作频段对应标准波导的窄边长度的二分之一。进一步的，所述第一、第二、第三矩形谐振腔201、202、203的高度相同且等于所述标准波导的窄边长度。进一步的，所述第二谐振腔202工作于TE102模，而第一谐振腔201和第三谐振腔203工作在TE101模。需要说明的是，本专利技术提供的滤波器为双端口互易器件，即该专利技术的输入端也可作为输出端，同时，输出端作为输入端使用。本专利技术所提供滤波器的工作原理如下:太赫兹信号从滤波器输入端口进入，经谐振腔和耦合结构多次反射，当入射波频率在滤波器通带范围内时，反射波在输入端口相互抵消，总反射为零，则能量全部通过滤波器，从输出端口输出；反之，当入射波频率在滤波器通带范围之外时，入射波在输入端口相互叠加，几乎全部被反射，没有此频段的入射波从输出端口输出，从而实现了滤波；本专利技术基于三阶广义切比雪夫滤波器原型，拓扑结构为CT型，根据Rosenberg提出的一种技术，使第二谐振腔工作于TE102模，而第一谐振腔(201)和第三谐振腔(203)仍工作在TE101模，由于第二谐振腔工作在TE102模的缘故使得第一谐振腔(201)和第三谐振腔(203)之间交叉耦合由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TE102模CT结构太赫兹交叉耦合波导滤波器，其结构为左右对称形式，由上至下包括上层、中层及下层结构，其特征在于，所述上层结构包括输入波导(101)，输出波导(105)；所述中层结构包括交叉耦合膜片(104)，第一、第二、第三矩形谐振腔(201)、(202)、(203)的上部；所述下层结构包括耦合膜片(102)、(103)，第一、第二、第三矩形谐振腔(201)、(202)、(203)的下部；所述第一、第二、第三矩形谐振腔(201、202、203)的上部和相应下部上下盖合构成完整的谐振腔体；所述输入波导(101)的一端为滤波器的输入端，其另一端通过设置在其宽边所在面上的耦合窗与第一矩形谐振腔(201)上部的上表面的一端连接，第一矩形谐振腔(201)上部远离输入波导(101)一端的侧面通过交叉耦合膜片(104)与第三矩形谐振腔(203)的上部侧面连接，所述第一矩形谐振腔(201)的下部另一侧面通过耦合膜片(102)与第二矩形谐振腔(202)的下部侧面连接；所述第三矩形谐振腔(203)的下部另一侧面通过耦合膜片(103)与第二矩形谐振腔(202)的下部侧面连接，耦合膜片(102)、(103)连接于第二矩形谐振腔的同一侧面上；第三矩形谐振腔(203)的上部通过设置在其远离交叉耦合膜片(104)一端的上表面上的耦合窗与输出波导(105)宽边所在下表面的一端连接；输出波导(105)的另一端即为滤波器的输出端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董宇亮，张帆，匡婷，王腾，徐军，李桂萍，彭云霄，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51