[发明专利]适用于380～390GHz频段的波导带通滤波器

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹无源器件，更为具体地说，是涉及一种适用于380～390GHz频段的基于MEMS体硅工艺的波导带通滤波器。

背景技术

滤波器是一个二端口网络，它通过在滤波器通带频率内提供信号传输并在阻带内提供衰减的特性，用以选择系统中某处的频率响应。典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。滤波器实际上已广泛应用于各种类型的通信、雷达测试或测量系统中。滤波器的功能构件是约束或引导电磁波能量定向传输的传输线系统，即导行系统，导行波是指能量的全部或绝大部分受传输线导体或介质的边界约束、在传输线有限截面内沿确定方向（一般为轴向）传输的电磁波，导行波的模式，又称为传输模、正规模，是指能够沿传输线独立存在的场型，传输线中导模两相同相位面之间的距离称为该导模的波导波长λ_g，是一与传输线结构密切相关的参数。滤波器将一个或多个谐振腔通过耦合的形式连接起来，实现一定的频率响应；谐振腔是一段一定长度的导行系统，其长度一般为波导半波长或四分之一波导波长；耦合的形式则可以根据耦合面上的场分布分为磁耦合、电耦合以及混合形式的耦合，又可以根据耦合面处等效电路的性质分为容性耦合、感性耦合等。

太赫兹频率一般指300GHz～3000GHz范围内的电磁频段，它位于微波频段（300MHz～300GHz）与红外频段之间，限于技术水平，过去一直没有得到利用，成为一段太赫兹空白（Terahertz Gap）。由于电磁频谱的日益拥挤，300GHz以下的频谱资源开发殆尽，这一段“空白”亟需加以利用。近年来，随着技术的进步，对适用于太赫兹频段的器件以及系统的研究得以进行，其中作为太赫兹系统的重要组成部件—太赫兹滤波器已成为目前研究的热点。但在太赫兹频率区间的不同频段，电磁波的传输有不同的特性，因此，研究开发适用于特定频段的太赫兹频段的波导滤波器存在很大困难。为了拓展频谱资源的利用范围，改变电磁频谱日益拥挤的现状，研究开发可适用于太赫兹频率特定频段的波导滤波器，是所属领域的科技工作者共同面临的课题。

发明内容

针对现有滤波器在应用频率上的不足，本发明的目的旨在提供一种应用在380～390GHz频段的太赫兹波导滤波器，以拓展频谱资源的利用范围，改变电磁频谱日益拥挤的现状。

本发明的发明人在研究中发现，在太赫兹频段，各种介质材料的介质损耗急剧增大，含有介质填充的滤波器难以应用在这个频段，例如基于微带的平面滤波器。发明人同时发现，在380~390GHz太赫兹频段，可以利用94GHz的大气窗口实现四倍频大功率输出，又可以利用本频段大气吸收窗口实现特定条件下的通信。发明人基于上述发现，研究开发出了可应用于380～390GHz的太赫兹波导滤波器。

本发明提供的应用于380～390GHz的太赫兹波导滤波器，上腔体和下腔体闭合形成滤波器波导腔，闭合形成滤波器波导腔的上腔体和下腔体为硅基镀金材质，波导腔由输入段、输出段以及位于输入段与输出段之间3~7个谐振腔构成，以空气为填充介质，波导腔横截面的宽、高尺寸分别为0.56mm±5μm、0.28mm±5μm，谐振腔由对称隔墙构成的感性耦合窗分隔形成，位于两端的谐振腔腔长小于位于中间谐振腔腔长，位于两端的感性耦合窗的窗宽大于位于中间的感性耦合窗的窗宽。

本发明进一步的技术方案，太赫兹波导滤波器设置有5~6个的谐振腔，谐振腔腔长由两端向内分别为449±3μm、499±3μm、502±3μm，感性耦合窗的窗宽由两端向内分别为287±3μm、187±3μm、171±3μm。

本发明进一步的技术方案，太赫兹波导滤波器为剖分结构，闭合形成滤波器波导腔的上腔体为平整基片，下腔体为在基片上通过蚀刻加工出滤波器波导腔的整体结构，上腔体封盖在下腔体键合构成太赫兹波导滤波器。太赫兹波导滤波器采取上述结构，可完全避免传统滤波器上、下腔体分别蚀刻一半滤波结构，在上、下腔体闭合时可能产生对位不准的问题。

为了更好地实现本发明的目的，本发明还可进一步采取以下技术措施。以下技术措施可单独采取，也可组合采取，甚至一并采取。

下腔体的结构可设计为在横、纵方向均相对于中心线对称。

构成感性耦合窗的隔墙，其上缘最好与下腔体基片表面平齐，下端最好与谐振腔底面平齐。隔墙厚度最好为60μm±3μm。

下腔体最好采取在硅质基片上通过蚀刻加工出波导腔的整体结构，再通过溅射镀金工艺在波导腔结构上镀覆镀金层。镀金层的厚度最好为2.5~3.5μm。