[发明专利]基于三维金属微加工的超宽带表贴式倍频器及其测试夹具

说明书

本发明公开了一种基于三维金属微加工的超宽带表贴式倍频器及其测试夹具，超宽带表贴式倍频器包括从射频信号输入到输出端依次连接的波导探针过渡结构、低通滤波器、二极管芯片、阻抗匹配网络和探针波导过渡结构，涉及无线通信技术领域。输入输出端的波导‑探针过渡结构提供了倍频器与测试夹具相连的波导接口；微同轴低通滤波器用于限制倍频信号的流向，采用T形SIR枝节加载结构，能够实现额外的可控传输零点，提高阻带性能；二极管芯片用于实现倍频，以倒扣的方式贴装到同轴线内导体向上延伸形成的台面上，其形状为“工”字和“十”字形，端部直接连接外导体，有助于提高器件散热性能；阻抗匹配网络用于实现前面电路与输出端口之间的阻抗匹配。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于三维金属微加工的超宽带表贴式倍频器及其测试夹具。

背景技术

随着无线通信技术的发展，毫米波/太赫兹频段越来越受到人们的关注。由于毫米波/太赫兹频段的工作频率高、带宽范围大，所以相对应的通信器件具有尺寸小、信息容量大的优点，有助于实现通信系统的小型化、轻量化和高效化。

虽然毫米波/太赫兹技术已经被广泛应用到成像、高速通信、天文探测和气象卫星等多个领域，但在实际应用中依然面临着诸多的限制和挑战，其中之一便是加工工艺。显然，处于这些频段的器件和系统体积都非常小，已经不太适合采用传统的印制电路板技术和计算机数控机床(CNC)来加工，前者主要用于加工平面传输线(传输损耗大、色散效应严重、功率容量有限)，后者主要用来加工金属波导(体积大、成本高)。为了加工毫米波/太赫兹的器件和系统，近年来国内外研发出了各种微加工工艺，有CNC加工技术、深硅刻蚀(DRIE)技术、SU8光刻胶技术、3D打印技术、三维金属微加工技术(常称微同轴工艺)等。CNC加工技术是一种非常成熟的技术，最早被用来加工毫米波/太赫兹器件，但是随着器件尺寸的减小，加工精度的要求会越来越高，会导致CNC加工的时间和成本显著提升，不利于大规模制造，而且CNC加工的器件由于是减材制造，必须拆分成多个模块分别加工，然后再拼装在一起，对拼装的精度要求也很高，同时不可避免地会引入一定的装配误差。DRIE技术和SU8光刻胶技术同样也需要装配，而且硅和SU8胶的机械强度较差，在装配和应用的过程中容易发生破碎，此外SU8胶的导热性较差，对应用环境的温度要求较高，因此DRIE技术和SU8光刻胶技术在实际应用中也有很多的局限性。3D打印技术由于是一体成型，所以不存在装配误差的问题，但是对于毫米波/太赫兹频段而言，3D打印技术的精度较低(约为50～100μm)，而且在打印过程中需要支撑结构，所以在实际应用中也有很多局限性。三维金属微加工技术是以UV-LIGA光刻工艺为基础改进而来的一种新工艺，融合了光刻、电镀和抛光等多种技术，以纯铜为原材料，可以加工出空气填充的矩形微同轴线和矩形波导结构，同3D打印技术一样是一体成型，且具有很高的加工精度(约为5μm)，由于原材料是铜，所以有着较好的机械性能和导热性能，可以通过垂直堆叠或层间互联技术实现通信系统的集成化，有着很好的应用前景。

毫米波/太赫兹技术领域的另一个挑战便是高功率太赫兹源的实现。太赫兹频段以下的频率信号可以用传统的微波器件(如放大器、振荡器等)产生，太赫兹频段以上的频率信号可以用光电子器件产生。微波器件和光电子器件都难以直接有效地产生处于两者之间的太赫兹频段的信号。因此，如何实现高功率的太赫兹源一直是人们的重点研究对象。目前，产生太赫兹源的方法有很多种，如光混频、红外泵浦气体激光、量子级联激光器和肖特基或异质结势垒可变电抗二极管等。由于使用肖特基二极管制作的倍频器有着相对较低的成本、较小的体积和可以在室温下工作等优点，所以得到了广泛的应用。