一种高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构制造技术

本发明专利技术公开一种高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构，属于太赫兹单片技术领域，包括太赫兹减高波导、衬底、屏蔽腔、E面微带探针结构和多个架空结构，所述架空结构为平行于太赫兹减高波导信号传输方向的长条形金属，位于衬底和E面微带探针结构之间，以支撑E面探针和微带线。本发明专利技术通过将E面微带探针结构置于架空结构上，一方面形成类悬置微带结构，降低传输损耗；另一方面多个架空结构为次高模式提供新的周期性边界条件，即在架空结构的两端产生电场尖峰，抑制高次模的传输，尤其适用于太赫兹肖特基管单片电路中，结构简单、易于实现，且与现有太赫兹单片工艺兼容。现有太赫兹单片工艺兼容。现有太赫兹单片工艺兼容。

【技术实现步骤摘要】
一种高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构


[0001]本专利技术属于太赫兹单片
，具体涉及一种高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构。

技术介绍

[0002]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，太赫兹波的优点在于：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，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等方面都有重大的意义。
[0003]太赫兹波导探针具有将波导空间的电磁能量耦合到平面传输线(如微带、共面波导等)的能力，在太赫兹模块被广泛应用，特别是太赫兹单片倍频器、混频器中。
[0004]在传统太赫兹肖特基管单片倍频器、混频器的设计中，第一步需要对微带屏蔽腔尺寸进行设计，若微带传输线过宽，会导致高次模的出现。然而在太赫兹肖特基管单片倍频、混频器的设计中不可避免会出现高低微带阻抗线的匹配设计，其中低阻线(宽微带线宽)会导致高次模的出现。传统微带线以太赫兹单片最常用的砷化镓材料衬底为例，在30μm厚、310μm宽砷化镓衬底上(屏蔽腔尺寸为340μm宽、200μm高)时，200μm的微带线宽，在185GHz就会出现高次模式，其次高模场图、相位常数如下图1所示。
[0005]所以，在太赫兹肖特基管单片倍频器、混频器领域，急需一种自带高次模抑制、适用于高频、设计简单的探针结构。
专利
技术实现思路

[0006]针对上述现有技术所存在的问题，本专利技术提供一种高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构，通过将传统E面微带探针置于架空结构上，实现高次模抑制的太赫兹波导探针过渡，结构简单，适用于太赫兹单片肖特基管电路。
[0007]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构，包括太赫兹减高波导、衬底、屏蔽腔和E面微带探针结构，所述衬底的一部分插入太赫兹减高波导，另一部分位于屏蔽腔内部，所述E面微带探针结构置于衬底上方，包括依次连接的位于太赫兹减高波导内部的E面探针和位于屏蔽腔内部的匹配结构及微带线；其特征在于，所述太赫兹波导探针过渡结构还包括多个位于衬底和E面微带探针结构之间的架空结构，以支撑E面探针和微带线，所述架空结构为平行于太赫兹减高波导信号传输方向的长条形金属。
[0009]进一步地，所述架空结构的长度为0.5w～2.5w，其中，w为所支撑的E面探针或微带线的宽度。
[0010]进一步地，相邻架空结构之间的间距为1/20λ～1/4λ，其中，λ为所支撑的E面探针或微带线的工作波长。
[0011]本专利技术的有益效果为：
[0012]本专利技术提出一种高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构，通过将E面微带探针结构置于架空结构上，一方面共同构成架空微带线，形成类悬置微带结构，降低传输损耗；另一方面多个架空结构为次高模式提供新的周期性边界条件，即在架空结构的两端产生电场尖峰，抑制高次模的传输，尤其适用于太赫兹肖特基管单片电路中；本专利技术结构简单、易于实现，且与现有太赫兹单片工艺兼容。
附图说明
[0013]图1为对比例1提供的传统微带线的次高模场图；
[0014]图2为对比例1提供的传统微带线的传输常数曲线；
[0015]图3为本专利技术实施例1提供的架空微带线的主模场图；
[0016]图4为本专利技术实施例1提供的架空微带线关于长度的主模相位传输常数曲线；
[0017]图5为本专利技术实施例2提供的架空微带线关于间距的主模传输损耗示意图；
[0018]图6为本专利技术实施例3提供的高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构的结构示意图；
[0019]图7为本专利技术实施例3提供的高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构中砷化镓衬底及上方E面微带探针结构的尺寸示意图；
[0020]图8为本专利技术实施例3提供的高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构的仿真结果图；
[0021]图9为对比例2提供的太赫兹波导探针过渡结构的结构示意图；
[0022]图10为本专利技术实施例3提供的高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构(架空结构)和对比例2提供的太赫兹波导探针过渡结构(传统结构)的主模S21数据图；
[0023]图11为本专利技术实施例3提供的高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构(架空结构)和对比例2提供的太赫兹波导探针过渡结构(传统结构)的次高模S21数据图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图与实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]对比例1
[0026]本对比例提供了一种传统微带线，包括30μm厚、310μm宽的砷化镓衬底，和位于砷化镓衬底上的200μm宽的微带线。
[0027]所述传统微带线的次高模场图和传输常数曲线分别如图1和图2所示，可知在工作频率为185GHz时，次高模相位传输常数开始大于零，表明当工作频率大于185GHz时，次高模开始传输，因此上述尺寸的传统微带线无法应用于185GHz上的太赫兹肖特基管电路设计。
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供了一种架空微带线，包括40μm宽、1mm长的微带线和位于微带线下方的5个架空结构，相邻架空结构之间的间距为0.2mm，5个架空结构的长度分别为20μm、40μm、60μm、80μm和100μm。
[0030]本实施例对5个架空结构进行扫描，获得关于长度的三维电磁仿真结果，主模场图如图3所示，可知在各架空结构的两端产生电场尖峰，并随着架空结构的长度增加，电场尖峰越明显；结合如图4所示的主模相位传输常数曲线，可知主模的传输损耗随着架空结构的长度的增大而不断增大，所以架空结构的长度应该小于2.5倍的微带线的宽度。另一方面，如果架空结构的长度不够，无法对微带线起到足够的支撑作用，所以为了工程考虑，架空结构的长度应该大于0.5倍的微带线的宽度，即0.5w～2.5w，w为所支撑的微带线的宽度。
[0031]实施例2
[0032]本实施例提供了一种工作频率为180GHz的架空微带线，包括40μm宽、1mm长的微带线和位于微带线下方的多个架空结构，各架空结构的长度均为60μm，所述架空微带线的传输波长λ约为0.9mm，1/3λ＝0.3mm。
[0033]本实施例对各架空结构进行扫描，当相邻架空结构之间的间距分别为0.1mm、0.2mm和0.3mm时，获得关于间距的三维电磁仿真结果，主模传输损耗示意图如图5所示，表明随着间距的增加，主模的传输损耗激增。当间距为0.1mm和0.2mm(小于1/3λ)时，此时1mm长的架空微带线下方因能存在较多架空结构支撑，从而形成周期性边界，损耗较低；当间距为0.3mm(大于等于1/3λ)时，架空结构的存在数目小于等于3个，架空结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高次模抑制的太赫兹波导探针过渡结构，包括太赫兹减高波导、衬底、屏蔽腔和E面微带探针结构，所述衬底的一部分插入太赫兹减高波导，另一部分位于屏蔽腔内部，所述E面微带探针结构置于衬底上方，包括依次连接的位于太赫兹减高波导内部的E面探针和位于屏蔽腔内部的匹配结构及微带线；其特征在于，所述太赫兹波导探针过渡结构还包括多个位于衬底和E面微带探针结构之间的架空结构，以支撑E面探针和微带线，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，魏浩淼，李祥，陈阳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：