CN109659707A - 基于n×m介质谐振天线阵列的太赫兹探测器和方法 - Google Patents

基于n×m介质谐振天线阵列的太赫兹探测器和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于N×M介质谐振天线阵列的太赫兹探测器，N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列与匹配网络相连，匹配网络与NMOSFET的源极相连，NMOSFET的栅极依次与第一偏置电阻和第一偏置电压相连，第一偏置电阻与栅极之间相连有第三传输线，NMOSFET的漏极与第一隔直电容相连，第一隔直电容的另一端与低噪声前置放大器相连，第一隔直电容与低噪声前置放大器之间还相连有第二偏置电阻以及第二偏置电压，低噪声前置放大器还设有电压反馈回路，本发明还公开了关于N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列的设计方法。相对现有技术，本发明技术方案有效降低片上太赫兹天线损耗以及提高片上太赫兹天线增益和辐射效率。

Description

基于N×M介质谐振天线阵列的太赫兹探测器和方法
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，特别涉及基于N×M介质谐振天线阵列的太赫兹探测器和方法。
背景技术
THz辐射(T射线)通常指的是频率在0.1THz～10THz(波长在30μm～3mm)范围内的电磁波，其长波段方向与毫米波(亚毫米波)相重合，短波段方向与红外线相重合，因此属于远红外波段。
由于THz波处于特殊电磁波谱的位置，其具有很多优越的特性且具有重大科学意义。主要表现为以下几个方面：第一，量子能量和黑体温度很低。由于太赫兹波的光子能量很低，它穿透物质时不易发生电离，因而可用于安全无损检测。第二，许多物质大分子，如生物大分子的振动和旋转频率都在THz波段，所以在THz波段表现出很强的吸收和谐振。例如许多爆炸物有“太赫兹指纹”特性，这使得它们能够从衣服中及与其它材料混在一起时被鉴别出来，如毒品的检测等。穿透能力强的THz波能以很小衰减穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物质。因此可用于探测多种低浓度极化气体，适用于环境保护和军事化学侦察等特殊领域。第三，太赫兹技术在环境监测、保护方面、国家安全和反恐等方面的应用优势能够弥补红外技术和微波技术存在的不足。另外太赫兹波处于微波毫米波与红外波段之间且在电子学与光子学之间的空白区域，也是目前人类科技的空白区域，具有非常广阔的发展空间。因此，积极开展THz科学技术的研究工作具有重要战略意义，而作为太赫兹应用基础的太赫兹探测器是太赫兹安防、检测的关键部件。
目前，基于NMOSFET进行太赫兹探测已经被证明是非常切实可行，但由于CMOS工艺限制，太赫兹探测器中传统的片上偶极子和patch等太赫兹天线的损耗较大，导致传统的片上偶极子和patch等太赫兹天线的阻抗匹配带宽窄，大大影响太赫兹探测器的探测灵敏度。然而目前太赫兹探测器的发展趋势是高灵敏度，因此发展基于CMOS兼容工艺的低损耗、阻抗匹配带宽宽的片上太赫兹天线以实现高灵敏度的太赫兹探测是当前研究热点。
本发明创新地将N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列引入到基于NMOSFET的太赫兹探测器中，相比于传统基于片上偶极子和patch等太赫兹天线或单个片上介质谐振太赫兹天线的NMOSFET太赫兹探测器，实现更高的片上太赫兹天线增益以及更宽的片上太赫兹天线阻抗匹配带宽。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种基于N×M介质谐振天线阵列的NMOSFET太赫兹探测器和方法，旨在降低片上太赫兹天线损耗以及提高片上太赫兹天线增益和辐射效率，提高NMOSFET太赫兹探测器的探测灵敏度。
为实现上述目的，本发明提出的基于N×M介质谐振天线阵列的NMOSFET太赫兹探测器，包括N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列，所述N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列与匹配网络相连，所述匹配网络与NMOSFET的源极相连，所述NMOSFET的栅极依次与第一偏置电阻和第一偏置电压相连，所述第一偏置电阻与所述栅极之间相连有第三传输线，所述NMOSFET的漏极与第一隔直电容相连，所述第一隔直电容的另一端与低噪声前置放大器相连，所述第一隔直电容与所述低噪声前置放大器之间还相连有第二偏置电阻以及第二偏置电压，所述低噪声前置放大器还设有电压反馈回路。
优选地，所述N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列为N×M个片上H形缝隙结构组成的阵列结构，每个所述片上H形缝隙结构表面通过绝缘胶层相连有矩形介质谐振块，每个所述片上H形缝隙结构向外延伸的连接缝隙依次与相邻的所述片上H形缝隙结构的连接缝隙相连并形成不重叠的功分网络环，功分网络环设有两段相互平行的天线与外部相连。
优选地，N和M为正整数。
优选地，所述M为偶数时，最上部的所述片上H形缝隙结构的连接缝隙的连接端和最下部的所述片上H形缝隙结构的连接缝隙的连接端存在180°相位之差。
优选地，所述片上H形缝隙结构形成于集成工艺顶层金属表面且位于采用集成工艺中除集成工艺顶层金属和集成工艺底层金属以外的中间层金属及金属过孔堆叠形成的金属腔内。
优选地，，所述片上H形缝隙结构包括有两条平行设置的左垂直缝隙和右垂直缝隙，所述左垂直缝隙和所述右垂直缝隙相对的一侧分别与呈倒L型的左侧缝隙和右侧缝隙相连，所述左侧缝隙的水平部分连接在所述左垂直缝隙中部，所述右侧缝隙的水平部分连接在所述右垂直缝隙中部，所述左侧缝隙和所述右侧缝隙中的竖直部分相互平行并构成天线与外部结构相连的两条引出缝隙。
优选地，所述匹配网络包括两端分别与所述片上介质谐振太赫兹天线以及所述源极相连的第一传输线，所述第一传输线的中部与第二传输线一端相连，所述第二传输线的另一端接地。
优选地，所述电压反馈回路包括与所述低噪声前置放大器两端相连的第一电阻，所述第一电阻与所述低噪声前置放大器负极相连的左端部还依次相连第二电阻、第二隔直电容以及接地，所述第一电阻右端还依次相连第三隔直电容以及接地。
本发明还提出一种关于所述N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列的设计方法，包括以下步骤：
S1：谐振模式为在TEm,δ,n模式下，通过求解超越方程以计算所述矩形介质谐振块的三维尺寸，所述超越方程为：
式中的c为光速，fmn为此模式下矩形介质谐振块的工作频率；
S2：片上激励结构设计过程中选用顶层金属Metal6设计该缝隙结构，同时选用底层金属Metal1作为金属底板，将中间金属层及金属过孔堆叠形成金属屏蔽腔围于所述H形缝隙结构周围；
S3：选用合适的所述绝缘胶层将矩形介质谐振块和所述片上H形缝隙结构结合；
S4：采用顶层金属Metal6和底层金属Metal1构成的GCPW传输线结构设计功分网络，再借助HFSS软件优化参数以满足GCPW功分网络的阻抗匹配及端口相位要求；
S5：将GCPW功分网络与N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列进行联合仿真优化。
优选地，所述S1中矩形介质谐振块谐振模式选用高阶谐振模式TE1,δ,3模，通过数学软件Matlab编程求解所述超越方程，得到300GHz频率处矩形介质谐振块的三维尺寸分别为WDR＝250μm,LDR＝250μm,HDR＝400μm；所述S2中，所述H形缝隙结构各尺寸为l1＝70μm,l2＝220μm,ws＝9.5μm,w1＝15μm,w2＝10μm,w3＝10μm；所述步骤S3的所述绝缘胶层选用相对介电常数为2.4且厚度为10μm的热稳定性绝缘胶。
本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：
本发明技术方案通过将具有低损耗特性的高阶模式TE1,δ,3模的矩形介质谐振块与片上缝隙馈电结构相结合，设计形成N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列，并通过GCPW功分网络对阻抗匹配的优化和振源天线在空间电磁场的叠加，可有效克服片上太赫兹天线设计时存在的片上太赫兹天线增益低和片上太赫兹天线阻抗匹配带宽窄的技术问题，相比于传统基于片上偶极子和patch等太赫兹天线或单个片上介质谐振太赫兹天线的NMOSFET太赫兹探测器，实现了更高的片上太赫兹天线增益和更宽的片上太赫兹天线阻抗匹配带宽，提高了NMOSFET太赫兹探测器的探测灵敏度。
本发明技术方案的NMOSFET太赫兹探测器的输出电压信号为直流电压信号，该直流电压信号的大小与太赫兹信号的辐射强度成正比，根据太赫兹探测器输出电压信号的大小可以得到入射太赫兹信号的强度信息，从而实现太赫兹探测，有效解决现有太赫兹探测器中存在的片上太赫兹天线增益低和片上太赫兹天线阻抗匹配带宽窄的技术问题，最终实现高灵敏度的太赫兹探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于2×2介质谐振太赫兹天线阵列的NMOSFET太赫兹探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列的结构示意图；
图3为本发明实施例片上介质谐振太赫兹天线单元的结构示意图；
图4为本发明实施例片上H形缝隙结构的结构示意图；
图5为图2中一分四GCPW功分网络的结构示意图；
图6为本发明实施例矩形介质谐振块的结构示意图；
图7为本发明实施例一分四GCPW功分网络的S参数随频率变化关系图；
图8为本发明实施例一分四GCPW功分网络端口间的相位随频率的变化关系图；
图9为本发明实施例2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列的回波损耗S11随频率的变化关系图；
图10为本发明实施例2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列的增益随频率的变化关系图；
图11为本发明实施例2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列的辐射方向图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出基于N×M介质谐振天线阵列的NMOSFET太赫兹探测器和关于N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列的设计方法。
请参见图1，本发明实施例以基于2×2介质谐振天线阵列的NMOSFET太赫兹探测器为例子，对本发明的具体实施方式进行详细说明，基于2×2介质谐振天线阵列的NMOSFET太赫兹探测器包括2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列4，2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列4与匹配网络5相连，另外匹配网络5与NMOSFET 3的源极31相连，NMOSFET 3的栅极33依次与第一偏置电阻2和第一偏置电压1相连，栅极33与第一偏置电阻2之间相连有开路的四分之一波长的第三传输线15，NMOSFET 3的漏极32与第一隔直电容6相连，第一隔直电容6的另一端与低噪声前置放大器9相连，第一隔直电容6与低噪声前置放大器9之间相连有第二偏置电阻8相连，第二偏置电阻8另一端与第一偏置电压7相连，从而为低噪声前置放大器9提供直流电源，另外低噪声前置放大器9还相连电压反馈回路。
请参见图2至4，本实施例的2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列4是形成在矩形集成工艺顶层金属45上的2×2天线阵列，2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列4包括分别形成在矩形集成工艺顶层金属45四个端部的四个结构相同的片上H形缝隙结构41、42、43、44，四个片上H形缝隙结构41、42、43、44分别通过绝缘胶层46分别与四个结构相同的矩形介质谐振块47相连，其中，位于左上端部的第一片上H形缝隙结构41左侧的第一左侧连接缝隙411与位于左下端部的第二片上H形缝隙结构42左侧的第二左侧连接缝隙421相连，而第一片上H形缝隙结构41右侧的第一右侧连接缝隙412与位于右上端不的第三片上H形缝隙结构43左侧的第三左侧连接缝隙431相连，第三片上H形缝隙结构43右侧的第三右侧连接缝隙432与位于右下端的第四片上H形缝隙结构44右侧的第四右侧连接缝隙442相连，第二片上H形缝隙结构42右侧的第二右侧连接缝隙422以及第四片上H形缝隙结构44左侧的第四左侧连接缝隙441向外延伸并构成用于天线阵列连接外部电路的连接端，也就是每个片上H形缝隙结构41、42、43、44向外延伸的连接缝隙依次与相邻的片上H形缝隙结构的连接缝隙相连并形成不重叠的一分四GCPW功分网络环，功分网络环设有两段相互平行的天线与外部相连。
如图2和图5，本发明技术方案的N×M介质谐振天线阵列的NMOSFET太赫兹探测器的N和M均为正整数，并且N和M都为偶数时，最上部的片上H形缝隙结构的连接缝隙的连接端和最下部的片上H形缝隙结构的连接缝隙的连接端存在180°相位之差。如本实施例的附图5，连接端port4和连接端port5分别与连接端port1、连接端port2以及连接端port3的相位之差为180°，通过设置180°相位之差以提升固定方向上的天线阵列增益以及改善天线的匹配性能。
请参见图2和图4，本实施例的四个结构相同的片上H形缝隙结构41包括有两条平行形成的左垂直缝隙413和右垂直缝隙414，左垂直缝隙413和右垂直缝隙414相对应侧分别对应形成有一个倒L型的左侧缝隙415和右侧缝隙416，倒L型的左侧缝隙415和右侧缝隙416中的水平部分连接在所对应的左垂直缝隙413和右垂直缝隙416的中部，倒L型的左侧缝隙415的垂直部分与第一左侧连接缝隙411相连，而片上H形缝隙结构41、42、43、44具体结构请见附图2，在此不详细描述。
请参见图4，另外本实施例的片上H形缝隙结构41、42、43、44形成在集成工艺顶层金属45表面且位于采用集成工艺中除集成工艺顶层金属45和集成工艺底层金属49以外的中间层金属及金属过孔堆叠形成的金属腔48内。
优选地，本实施例片上H形缝隙结构41、42、43、44选用硅基工艺设计加工，以激励覆盖其上方的矩形介质谐振块47及优化阻抗匹配效果。另外绝缘胶层46具有良好热稳定性，用以将矩形介质谐振块47固定于片上激励结构表面。
更优选地，本实施例的矩形介质谐振块选用相对介电常数较大，例如相对介电常数＞5，这样使绝缘材料加工成特定尺寸，以耦合并向空间辐射电磁场，另外本实施例的矩形介质谐振模式为TE1,δ,3模。
本实施例2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列4设计的中心频率为300GHz，选用相对介电常数为9.65的氧化镁作为矩形介质谐振块47材料，选用0.18mGeSi BiCMOS工艺(Towerjazz SBC18H3)参数设计片上结构，该工艺中有六层金属Metal1-Metal6以及五层金属过孔Via1-Via5。
请参见图1，本实施例的匹配网络5包括两端分别与2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列4以及源极相连的第一传输线51，第一传输线51的中部与第二传输线52一端相连，第二传输线52的另一端接地。匹配网络5由第一传输线51和第二传输线52两条微带传输线构成，匹配网络5主要用于提高天线和晶体管之间的功率传输效率，并为晶体管的源极31提供一个直流电源。微带第一传输线51的左端与2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列4相连接，微带第一传输线51的右端与NMOSFET 3的源极31相连接。
本实施例的NMOSFET 3的栅极33上加载有固定的第一偏置电压1和第一偏置电阻2，并在NMOSFET的栅极33与第一偏置电阻2之间连接有开路的四分之一波长的第三传输线53，开路的四分之一波长的第三传输线53主要用于消除栅极直流偏置对天线和晶体管之间阻抗匹配影响。
本实施例的NMOSFET 3的漏极32与低噪声前置放大器9的正向输入端之间连接有第一隔直电容6、第二偏置电压7和第二偏置电阻8，其中第二偏置电压7和第二偏置电阻8用于给低噪声前置放大器9供电。
本实施例的电压反馈回路包括与低噪声前置放大器9两端相连的第一电阻10，第一电阻10与低噪声前置放大器9负极相连的左端部还依次相连第二电阻11、第二隔直电容12以及接地，第一电阻10右端还依次相连第三隔直电容14以及接地。低噪声前置放大器9的电压反馈回路主要由第一电阻10、第二电阻11、第二隔直电容12和第三隔直电容14组成，其中通过改变第一电阻10和第一电阻11的阻值可以实现低噪声前置放大器9增益的调节。
请参见图6至图11，本发明实施例关于2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列4设计具体包括设计步骤如下：
1、矩形介质谐振块设计。谐振模式为在TEm,δ,n模式下，如图6所示的矩形介质谐振块，其尺寸可通过求解超越方程(1)计算求解：
其中公式(2)为公式(1)参数解释说明，其中c为光速，fmn为此模式下矩形介质谐振块的工作频率，本发明实施例中矩形介质谐振块谐振模式选用高阶谐振模式TE1,δ,3模，相比于基模具有更高增益。通过数学软件Matlab编程求解超越方程(1)，得到300GHz频率处矩形介质谐振块的尺寸分别为：WDR＝250μm,LDR＝250μm,HDR＝400μm。
2、片上激励结构设计。片上H形缝隙结构如图4所示，设计过程中选用顶层金属Metal6设计该缝隙结构，同时选用底层金属Metal1作为金属底板以抑制电磁波向高损耗的硅基衬底传播，将中间金属层及金属过孔堆叠形成金属屏蔽腔围于H形缝隙结构周围以抑制电磁泄露，减小损耗。
H形缝隙结构各尺寸参数分别为：
l1＝70μm,l2＝220μm,ws＝9.5μm,w1＝15μm,w2＝10μm,w3＝10μm
3、绝缘胶层42的选取。绝缘胶层42选用相对介电常数为2.4且厚度为10μm的热稳定性绝缘胶，用于将矩形介质谐振块43和片上H形缝隙结构41结合。
4、一分四GCPW功分网络设计。采用顶层金属Metal6和底层金属Metal1构成的GCPW传输线结构设计一分四功分网络，借助HFSS软件，优化参数以满足GCPW功分网络的阻抗匹配及端口相位要求。图7是一分四GCPW功分网络的S参数随频率的变化关系，图8是一分四GCPW功分网络端口间的相位随频率的变化关系。
5、将一分四GCPW功分网络与2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列进行联合仿真优化。通过联合仿真得到2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列的回波损耗S11和增益随频率的变化关系分别如图9和图10所示，其中2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列的-10dB阻抗匹配带宽为20.1％(268—328GHz)，片上介质谐振太赫兹天线的峰值增益为9.91dBi且3dB增益带宽为16％(266—314GHz)。2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列的辐射方向图如图11所示，其具有更窄的波瓣宽度和更好的方向性，同时其辐射效率高达51％。
因此，本发明实施例的基于2×2片上介质谐振太赫兹天线阵列的NMOSFET太赫兹探测器的输出电压信号为直流电压信号，该直流电压信号的大小与太赫兹信号的辐射强度成正比，根据太赫兹探测器输出电压信号的大小可以得到入射太赫兹信号的强度信息，从而实现太赫兹探测。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.基于N×M介质谐振天线阵列的太赫兹探测器，其特征在于，包括N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列，所述N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列与匹配网络相连，所述匹配网络与NMOSFET的源极相连，所述NMOSFET的栅极依次与第一偏置电阻和第一偏置电压相连，所述第一偏置电阻与所述栅极之间相连有第三传输线，所述NMOSFET的漏极与第一隔直电容相连，所述第一隔直电容的另一端与低噪声前置放大器相连，所述第一隔直电容与所述低噪声前置放大器之间还相连有第二偏置电阻以及第二偏置电压，所述低噪声前置放大器还设有电压反馈回路。
2.如权利要求1所述的太赫兹探测器，其特征在于，所述N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列为N×M个片上H形缝隙结构组成的阵列结构，每个所述片上H形缝隙结构表面通过绝缘胶层相连有矩形介质谐振块，每个所述片上H形缝隙结构向外延伸的连接缝隙依次与相邻的所述片上H形缝隙结构的连接缝隙相连并形成不重叠的功分网络环，功分网络环设有两段相互平行的天线与外部相连。
3.如权利要求2所述的太赫兹探测器，其特征在于，N和M为正整数。
4.如权利要求3所述的太赫兹探测器，其特征在于，所述N和所述M同为偶数时，最上部的所述片上H形缝隙结构的连接缝隙的连接端和最下部的所述片上H形缝隙结构的连接缝隙的连接端存在180°相位之差。
5.如权利要求4所述的太赫兹探测器，其特征在于，所述片上H形缝隙结构形成于集成工艺顶层金属表面且位于采用集成工艺中除集成工艺顶层金属和集成工艺底层金属以外的中间层金属及金属过孔堆叠形成的金属腔内。
6.如权利要求5所述的太赫兹探测器，其特征在于，所述片上H形缝隙结构包括有两条平行设置的左垂直缝隙和右垂直缝隙，所述左垂直缝隙和所述右垂直缝隙相对的一侧分别与呈倒L型的左侧缝隙和右侧缝隙相连，所述左侧缝隙的水平部分连接在所述左垂直缝隙中部，所述右侧缝隙的水平部分连接在所述右垂直缝隙中部，所述左侧缝隙和所述右侧缝隙中的竖直部分相互平行并构成天线与外部结构相连的两条引出缝隙。
7.如权利要求1所述的太赫兹探测器，其特征在于，所述匹配网络包括两端分别与所述片上介质谐振太赫兹天线以及所述源极相连的第一传输线，所述第一传输线的中部与第二传输线一端相连，所述第二传输线的另一端接地。
8.如权利要求1所述的太赫兹探测器，其特征在于，所述电压反馈回路包括与所述低噪声前置放大器两端相连的第一电阻，所述第一电阻与所述低噪声前置放大器负极相连的左端部还依次相连第二电阻、第二隔直电容以及接地，所述第一电阻右端还依次相连第三隔直电容以及接地。
9.一种关于如权利要求6所述N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：谐振模式为在TEm,δ,n模式下，通过求解超越方程以计算所述矩形介质谐振块的三维尺寸，所述超越方程为：
式中的c为光速，fmn为此模式下矩形介质谐振块的工作频率；
S2：片上激励结构设计过程中选用顶层金属Metal6设计该缝隙结构，同时选用底层金属Metal1作为金属底板，将中间金属层及金属过孔堆叠形成金属屏蔽腔围于所述H形缝隙结构周围；
S3：选用合适的所述绝缘胶层将矩形介质谐振块和所述片上H形缝隙结构结合；
S4：采用顶层金属Metal6和底层金属Metal1构成的GCPW传输线结构设计功分网络，再借助HFSS软件优化参数以满足GCPW功分网络的阻抗匹配及端口相位要求；
S5：将GCPW功分网络与N×M片上介质谐振太赫兹天线阵列进行联合仿真优化。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S1中矩形介质谐振块谐振模式选用高阶谐振模式TE1,δ,3模，通过数学软件Matlab编程求解所述超越方程，得到300GHz频率处矩形介质谐振块的三维尺寸分别为WDR＝250μm,LDR＝250μm,HDR＝400μm；所述S2中，所述H形缝隙结构各尺寸为l1＝70μm,l2＝220μm,ws＝9.5μm,w1＝15μm,w2＝10μm,w3＝10μm；所述步骤S3的所述绝缘胶层选用相对介电常数为2.4且厚度为10μm的热稳定性绝缘胶。
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