CN106992792A - 基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，涉及太赫兹技术领域。所述发射机包括通过MEMS工艺制作的Si基镀金盒体和位于所述盒体内的发射机电路，所述Si基镀金盒体包括位于内侧的Si壳体和位于Si壳体外侧的金属镀层。所述发射机的盒体采用MEMS工艺实现的Si盒体，通过镀金实现和金属相同的功能，质量轻，大大降低了发射机的重量，且采用MEMS工艺，系统集成度更高。

Description

基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机。
背景技术
太赫兹（THz）波从广义上来讲，是指频率在 0.1-10THz范围内的电磁波，其中1THz=1000GHz，也有人认为太赫兹频率是指0.3THz-3THz范围内的电磁波。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。
在太赫兹的低端频率范围内，有几个频率范围是处于大气窗口频段的，包括94GHz、140GHz、220GHz、340GHz，这几个频段由于在大气传输中损耗较低，在人体安检、高速无线通信等领域具有潜在的应用前景，受到了广泛的关注。在众多应用中，都离不开对相关频段的太赫兹发射机。本发明以220GHz太赫兹发射为例进行说明。目前要实现220GHz的发射机，需要从Ka波段经过6次倍频实现。在目前的220GHz太赫兹发射机中，整个发射链路其外围腔体都是由金属构成，采用的腔体一般为黄铜腔体。由金属构成的腔体其重量比较重，且由于受到机加工工艺的限制，集成度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种质量轻、集成度高的220GHz太赫兹发射机。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，其特征在于：包括通过MEMS工艺制作的Si基镀金盒体和位于所述盒体内的发射机电路，所述Si基镀金盒体包括位于内侧的Si壳体和位于Si壳体外侧的金属镀层。
进一步的技术方案在于：所述发射机电路包括Ka波段功率放大器、三次倍频电路、W波段功率放大器和末级220GHz二次倍频电路，所述Ka波段功率放大器的输入端接Ka波段信号源，所述Ka波段功率放大器的信号输出端与所述三次倍频电路的信号输入端连接，所述Ka波段信号源用于产生Ka波段信号，所述Ka波段功率放大器用于对Ka波段信号源输出的信号进行功率放大；所述三次倍频电路的输出端与所述W波段功率放大器的信号输入端连接，所述三次倍频电路用于对Ka波段功率放大器输出的信号进行三次倍频处理；所述W波段功率放大器的信号输出端与所述末级220GHz二次倍频电路的信号输入端连接，所述W波段功率放大器用于对三次倍频电路输出的信号进行功率放大，所述二次倍频电路用于对W波段功率放大器输出的信号进行二次倍频处理。
进一步的技术方案在于：所述发射机电路包括Ka波段功率放大器、二次倍频电路、W波段功率放大器和末级220GHz三次倍频电路，所述Ka波段功率放大器的输入端接Ka波段信号源，所述Ka波段功率放大器的信号输出端与所述二次倍频电路的信号输入端连接，所述Ka波段信号源用于产生Ka波段信号，所述Ka波段功率放大器用于对Ka波段信号源输出的信号进行功率放大；所述二次倍频电路的输出端与所述W波段功率放大器的信号输入端连接，所述二次倍频电路用于对Ka波段功率放大器输出的信号进行二次倍频处理；所述W波段功率放大器的信号输出端与所述末级220GHz三次倍频电路的信号输入端连接，所述W波段功率放大器用于对二次倍频电路输出的信号进行功率放大，所述三次倍频电路用于对W波段功率放大器输出的信号进行三次倍频处理。
进一步的技术方案在于：所述发射机电路还包括表面平面天线，所述末级220GHz二次倍频电路或末级220GHz三次倍频电路的信号输出端与所述表面平面天线的信号输入端连接，所述表面平面天线用于向空间中发射220GHz太赫兹信号。
进一步的技术方案在于：所述Ka波段信号源与Ka波段功率放大器之间通过K头连接。
进一步的技术方案在于：所述三次倍频电路采用4管芯反向串联倍频肖特基二极管，其中每两个管芯分为一组形成一个管芯串，每个管芯串中的两个管芯串联连接，两个管芯串之间并联连接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述发射机的盒体采用MEMS工艺实现的Si盒体，通过镀金实现和金属相同的功能，质量轻，大大降低了发射机的重量。且采用MEMS工艺，系统集成度更高。
附图说明
图1是本发明实施例所述发射机中所述盒体的剖视结构示意图；
图2是本发明实施例所述发射机中发射机电路的第一种原理框图；
图3是本发明实施例所述发射机中发射机电路的结构示意图；
图4是本发明实施例所述发射机中发射机电路的第二种原理框图；
其中：1、Si基镀金盒体11、Si壳体12、金属镀层2、Ka波段功率放大器3、三次倍频电路4、W波段功率放大器5、末级220GHz二次倍频电路6、表面平面天线。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明实施例公开了一种基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，包括通过MEMS工艺制作的Si基镀金盒体和位于所述盒体内的发射机电路，如图1所示，所述Si基镀金盒体包括位于内侧的Si壳体和位于Si壳体外侧的金属镀层。
所述盒体由MEMS工艺实现，制作盒体的过程中，分成上下两部分进行制作，同时需要对盒体所有的外围进行镀金，然后进行粘合。
本发明中，所述发射机电路的具体形式至少有两种：
第一种：如图2和图3所示，所述发射机电路包括Ka波段功率放大器、三次倍频电路、W波段功率放大器和末级220GHz二次倍频电路，所述Ka波段功率放大器的输入端接Ka波段信号源，所述Ka波段功率放大器的信号输出端与所述三次倍频电路的信号输入端连接，所述Ka波段信号源用于产生Ka波段信号，所述Ka波段功率放大器用于对Ka波段信号源输出的信号进行功率放大；所述三次倍频电路的输出端与所述W波段功率放大器的信号输入端连接，所述三次倍频电路用于对Ka波段功率放大器输出的信号进行三次倍频处理；所述W波段功率放大器的信号输出端与所述末级220GHz二次倍频电路的信号输入端连接，所述W波段功率放大器用于对三次倍频电路输出的信号进行功率放大，所述二次倍频电路用于对W波段功率放大器输出的信号进行二次倍频处理。
进一步的，如图2和图4所述，所述发射机电路还包括表面平面天线，所述末级220GHz二次倍频电路或末级220GHz三次倍频电路的信号输出端与所述表面平面天线的信号输入端连接，所述表面平面天线用于向空间中发射220GHz太赫兹信号。
所述发射机中射频输入为K头引入的Ka波段信号源，Ka波段信号经过Ka波段功率放大器以后，进入三次倍频电路，三次倍频采用4管芯反向串联倍频肖特基二极管，倍频效率约为5%，三次倍频的输出功率为10mW，三次倍频输出的W波段源进入W波段功率放大器，该功率放大器采用GaN功放，W波段输出功率为100mW，末级二次倍频采用反向串联的4阳极倍频肖特基二极管，其倍频效率约为20%，可输出功率为20mW，然后从射频输出波导输出，射频输出波导为标准的WR8标准波导，并在其上有表面平面天线，用于向空间中发射信号。
第二种：如图4所示，所述发射机电路包括Ka波段功率放大器、二次倍频电路、W波段功率放大器和末级220GHz三次倍频电路，所述Ka波段功率放大器的输入端接Ka波段信号源，所述Ka波段功率放大器的信号输出端与所述二次倍频电路的信号输入端连接，所述Ka波段信号源用于产生Ka波段信号，所述Ka波段功率放大器用于对Ka波段信号源输出的信号进行功率放大；所述二次倍频电路的输出端与所述W波段功率放大器的信号输入端连接，所述二次倍频电路用于对Ka波段功率放大器输出的信号进行二次倍频处理；所述W波段功率放大器的信号输出端与所述末级220GHz三次倍频电路的信号输入端连接，所述W波段功率放大器用于对二次倍频电路输出的信号进行功率放大，所述三次倍频电路用于对W波段功率放大器输出的信号进行三次倍频处理。
所述发射机的盒体采用MEMS工艺实现的Si盒体，通过镀金实现和金属相同的功能，质量轻，大大降低了发射机的重量。且采用MEMS工艺，系统集成度更高。

Claims (6)

1.一种基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，其特征在于：包括通过MEMS工艺制作的Si基镀金盒体（1）和位于所述盒体内的发射机电路，所述Si基镀金盒体（1）包括位于内侧的Si壳体（11）和位于Si壳体（11）外侧的金属镀层（12）。
2.如权利要求1所述的基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，其特征在于：所述发射机电路包括Ka波段功率放大器（2）、三次倍频电路（3）、W波段功率放大器（4）和末级220GHz二次倍频电路（5），所述Ka波段功率放大器（2）的输入端接Ka波段信号源，所述Ka波段功率放大器（2）的信号输出端与所述三次倍频电路（3）的信号输入端连接，所述Ka波段信号源用于产生Ka波段信号，所述Ka波段功率放大器（2）用于对Ka波段信号源输出的信号进行功率放大；所述三次倍频电路（3）的输出端与所述W波段功率放大器（4）的信号输入端连接，所述三次倍频电路（3）用于对Ka波段功率放大器（2）输出的信号进行三次倍频处理；所述W波段功率放大器（4）的信号输出端与所述末级220GHz二次倍频电路（5）的信号输入端连接，所述W波段功率放大器（4）用于对三次倍频电路（3）输出的信号进行功率放大，所述二次倍频电路用于对W波段功率放大器（4）输出的信号进行二次倍频处理。
3.如权利要求1所述的基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，其特征在于：所述发射机电路包括Ka波段功率放大器（2）、二次倍频电路、W波段功率放大器（4）和末级220GHz三次倍频电路，所述Ka波段功率放大器（2）的输入端接Ka波段信号源，所述Ka波段功率放大器（2）的信号输出端与所述二次倍频电路的信号输入端连接，所述Ka波段信号源用于产生Ka波段信号，所述Ka波段功率放大器（2）用于对Ka波段信号源输出的信号进行功率放大；所述二次倍频电路的输出端与所述W波段功率放大器（4）的信号输入端连接，所述二次倍频电路用于对Ka波段功率放大器输出的信号进行二次倍频处理；所述W波段功率放大器（4）的信号输出端与所述末级220GHz三次倍频电路的信号输入端连接，所述W波段功率放大器用于对二次倍频电路输出的信号进行功率放大，所述三次倍频电路用于对W波段功率放大器输出的信号进行三次倍频处理。
4.如权利要求2或3所述的基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，其特征在于：所述发射机电路还包括表面平面天线（6），所述末级220GHz二次倍频电路（5）或末级220GHz三次倍频电路的信号输出端与所述表面平面天线（6）的信号输入端连接，所述表面平面天线用于向空间中发射220GHz太赫兹信号。
5.如权利要求2或3所述的基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，其特征在于：所述Ka波段信号源与Ka波段功率放大器之间通过K头连接。
6.如权利要求2或3所述的基于MEMS工艺的220GHz太赫兹发射机，其特征在于：所述三次倍频电路采用4管芯反向串联倍频肖特基二极管，其中每两个管芯分为一组形成一个管芯串，每个管芯串中的两个管芯串联连接，两个管芯串之间并联连接。
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