具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线制造技术

本发明专利技术公开了具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线，属于太赫兹技术领域，包括输入端波导

【技术实现步骤摘要】
具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线


[0001]本专利技术属于太赫兹
，具体涉及具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线
。

技术介绍

[0002]太赫兹的频率范围在
0.1THz
～
10THz
，其波段处于微波波段和红外线波段之间因此，因此太赫兹波在成像
、
监测
、
通讯
、
天文等方向均有着重大的科学研究价值与应用价值
。
而太赫兹单片集成电路，无疑是未来电子信息产业的重要基石
。
[0003]在太赫兹单片集成电路中，通常需要设计波导到传输线的过渡结构
。
目前太赫兹频段有三种常用的过渡结构
。
其中，最常用的一种过渡结构是通过将
E
面探针与金丝键合实现，然而在太赫兹的高频段范围内，传统的金丝键合会引入高频参量，探针也会引入较大的损耗；第二种是通过共面波导倒装的方式进行过渡，但该方式对装配技术有着较高要求，可能会给共面波导以及芯片传输线之间增加额外的不连续性，引入损耗；第三种是采用片上集成天线的方法，通过天线直接将芯片的信号耦合到波导中，有效避免由片外连接和封装带来的损耗以及不连续性，并且极大缩小了模块体积
。
然而目前的片上集成天线过渡结构，要么对于加工提出了较高的要求
(
异形切割等
)
，要么无法适用于较大宽带的芯片过渡
。
[0004]针对上述问题，金智等人在“Compact,broadband waveguide
‑
to
‑
CPWG transition operating around 300GHz”一文提出了一种紧凑的波导到
CPWG(
接地共面波导
)
传输线过渡结构，测试结果表明，在
270
～
330GHz
的频率范围内，当过渡结构的回波损耗优于
9dB
时，其带宽仅有
60GHz(
相对带宽为
20
％
)。
[0005]在太赫兹
，复杂结构芯片的尺寸较大，即芯片宽度较大
。
而金智等人所提出的过渡结构中芯片宽度仅为
550
μ
m
，芯片宽度
/
波导宽度之比仅为
1.4。
而在太赫兹波段，波导尺寸一般较小，因此对于具有较大宽度的芯片，上述结构不能满足设计需求，会激发不需要的衬底模式，降低带宽
。
[0006]因此，如何设计一种结构简单
、
面积较小
、
易于加工，并且能够实现具有大宽度芯片的带频带
、
低损耗
、
高性能的太赫兹片上集成偶极子天线，成为了难题
。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于针对上述现有技术中的问题，提供具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线，实现了宽频带
、
高性能的太赫兹单片
‑
波导过渡
。
[0008]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线，包括依次的输入端波导
、
矩形金属腔和输出端波导，以及设置在矩形金属腔内部的太赫兹集成芯片；太赫兹集成芯片与输入端波导和输出端波导的
H
面垂直；
[0010]所述太赫兹集成芯片包括衬底，加工在衬底正面的集成结构，以及加工在衬底背面的背金；其中，集成结构包括沿信号传输方向设置的共面波导中心导带，关于共面波导中
心导带对称设置的两个共面波导接地层，用于连接两个共面波导接地层的多个空气桥，以及分别位于共面波导中心导带两端的两个偶极子天线结构；
[0011]所述共面波导接地层的四周设置多个与背金连接的金属通孔；
[0012]所述偶极子天线结构包括两根由多级宽度可调结构构成的天线；其中，一根天线与共面波导中心导带相连，另一根天线通过偶极子天线过渡段与一个共面波导接地层相连
。
[0013]进一步地，两个偶极子天线结构的尺寸可以不相同
。
[0014]进一步地，偶极子天线结构中两根天线的尺寸不相同
。
[0015]进一步地，天线中各级宽度可调结构可以为宽度依次减小的渐变结构，可以为宽度依次增大的渐变结构，也可以为宽度大小交替改变的结构
。
[0016]进一步地，在天线的末端设置多边形耦合盘，其最大尺寸大于末级宽度可调结构的宽度，以增加电磁耦合面积
。
[0017]进一步地，通过调整偶极子天线过渡段的长度，宽度可调结构的级数，各级宽度可调结构的宽度和长度，以及多边形耦合盘的最大尺寸，使得从输入端波导输入的能量以最高效率耦合至偶极子天线结构
。
[0018]进一步地，宽度可调结构的最小宽度为5μ
m。
[0019]进一步地，所述输入端波导包括依次的标准矩形输入波导和减高输入波导，输出端波导包括依次的减高输出波导和标准矩形输出波导
。
[0020]进一步地，所述减高输入波导的末端和减高输出波导的首端分别伸入矩形金属腔内部，两个偶极子天线结构分别位于减高输入波导的末端内部以及减高输出波导的首端内部
。
[0021]进一步地，所述衬底的材料为
InP。
[0022]进一步地，所述衬底的厚度为
15
～
60
μ
m。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]1、
本专利技术提出的具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线，由多级宽度可调结构构成的天线实现，在不额外增加耦合枝节引入额外面积的基础上，通过调整偶极子天线过渡段的长度，宽度可调结构的级数，各级宽度可调结构的宽度和长度，以及多边形耦合盘的最大尺寸，极大增加了调节自由度，改善了天线在高频部分的回波损耗，使得从输入端波导输入的能量以最高效率耦合至偶极子天线结构，并拓展了耦合频率带宽；
[0025]2、
本专利技术可用于太赫兹单片集成电路中波导到传输线的过渡，尤其适用于具有大宽度芯片的太赫兹单片集成电路，不引入额外的损耗，且该结构简单
、
易于加工，具有良好的应用前景
。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1提供的具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线的结构示意图；
[0027]图2为图1的
A
‑
A
剖面图；
[0028]图3为本专利技术实施例1中太赫兹集成芯片的结构细节以及偶极子天线结构的拓扑图；
[0029]图4为本专利技术实施例1提供的具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线应用于...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线，其特征在于，包括依次的输入端波导
、
矩形金属腔和输出端波导，以及设置在矩形金属腔内部的太赫兹集成芯片；太赫兹集成芯片与输入端波导和输出端波导的
H
面垂直；所述太赫兹集成芯片包括衬底，加工在衬底正面的集成结构，以及加工在衬底背面的背金；其中，集成结构包括沿信号传输方向设置的共面波导中心导带，关于共面波导中心导带对称设置的两个共面波导接地层，用于连接两个共面波导接地层的多个空气桥，以及分别位于共面波导中心导带两端的两个偶极子天线结构；所述共面波导接地层的四周设置多个与背金连接的金属通孔；所述偶极子天线结构包括两根由多级宽度可调结构构成的天线；其中，一根天线与共面波导中心导带相连，另一根天线通过偶极子天线过渡段与一个共面波导接地层相连
。2.
根据权利要求1所述具有多级宽度可调结构的太赫兹片上集成偶极子天线，其特征在于，两个偶极子天线结构的尺寸不相同
。3.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，刘广儒，高翔，朱华利，张铁笛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：