CN213026428U - 一种基于mems工艺的间隙波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其包括下层板，所述下层板上竖直设置有矩形柱，所述矩形柱沿所述下层板边框均匀分布，形成环形壁，所述下层板上且位于环形壁内侧竖向设置有多个调谐柱，所述环形壁上方设置有上层板；本实用新型的滤波器结构为双层结构，采用间隙波导技术，两层结构之间不需要严格的电接触，降低了对于加工组装的精度要求；其中传输介质为空气，具有传输损耗低的优点；可以通过调节调谐柱之间的距离和调谐柱的结构来调整级联谐振腔之间的耦合系数。

Description

一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器

技术领域

本实用新型涉及太赫兹滤波器技术领域，特别是，涉及一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器。

背景技术

目前，传统带通滤波器一般通过矩形金属波导的形式实现，但是矩形波导两层结构之间需要严格的电接触来抑制电磁波的泄露，对于加工组装的精度有着更高的要求，使得加工制作的成本较高；

间隙波导与传统金属波导相比，两层结构之间不需要严格的电接触来抑制电磁波的泄露，在一定程度上降低了对于加工组装的精度要求，但是间隙波导一般仍然采用传统金属机械加工工艺进行加工，导致整体结构重量大，不易于集成。另一方面，随着频率的升高，滤波器对应的物理尺寸将逐渐缩小，尤其当频率上升到太赫兹频段时，对于加工精度的要求将极为严格，而高精度的金属加工工艺十分昂贵。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中太赫兹频段传统滤波器重量大、加工成本高和不易于集成的缺陷，从而提供一种一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其包括下层板，所述下层板上竖直设置有矩形柱，所述矩形柱沿所述下层板边框均匀分布，形成环形壁，所述下层板上且位于环形壁内侧竖向设置有多个调谐柱，所述环形壁上方设置有上层板。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器的一种优选方案，其中：所述环形壁包括沿所述下层板边框设置的外环形壁，所述外环形壁向所述下层板内侧平行设置有内环形壁，所述环形壁内侧形成电磁波传输路径。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器的一种优选方案，其中：所述矩形柱高度为0.6mm，长度和宽度为0.2mm，相邻两个所述矩形柱之间设置有第一间隙，所述第一间隙为0.2mm。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器的一种优选方案，其中：所述矩形柱与所述上层板之间设置有第二间隙，所述第二间隙高度小于四分之一波长。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器的一种优选方案，其中：所述下层板与上层板采用螺丝连接。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器的一种优选方案，其中：所述调谐柱沿所述电磁波传输路径设置有多组，所述调谐柱包括两个调谐柱单元，所述调谐柱单元之间设置有第三间隙。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器的一种优选方案，其中：所述上层板与所述下层板采用硅材料，所述下层板进行蚀刻处理，所述上层板进行镀金处理。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器的一种优选方案，其中：所述上层板、下层板以及环形壁之间形成空腔M，所述空腔M内传输介质为空气。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器的一种优选方案，其中：所述下层板上设置有输入端口和输出端口。

本实用新型的有益效果：本实用新型的滤波器结构为双层结构，采用间隙波导技术，两层结构之间不需要严格的电接触，降低了对于加工组装的精度要求；其中传输介质为空气，具有传输损耗低的优点；可以通过调节调谐柱之间的距离和调谐柱的结构来调整级联谐振腔之间的耦合系数。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型隐藏上层板的结构示意图；

图3为本实用新型侧视图；

图4为本实用新型加工流程图；

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例提供了一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，如图1-4所示，滤波器分为上下两层结构，本实施例中下层板101形状设置为矩形，下层板101材料设置为硅，下层板101上竖直设置有矩形柱102，矩形柱102由下层板101经过蚀刻处理产生，需要进行电镀处理，矩形柱102沿下层板101边框均匀分布形成环形壁103，环形壁103包括外环形壁103a以及向内侧平行设置的内环形壁103b，外环星壁103a与内环形壁103b的间隔为0.2mm，矩形柱102的高度为0.6mm，宽度为0.2mm，相邻两个矩形柱102之间设置有第一间隙102a，第一间隙102a的长度为0.2mm，环形壁103作用在于限制电磁波的传播以及抑制电磁波的泄露，设置内外两层环形壁能够更好的抑制电磁波的泄露，环形壁103内侧形成电磁波传输路径105，电磁波传输路径105用于传播电磁波，中，更好的抑制电磁波的泄露，使得电磁波能够沿T形路径105传播。

下层板101上设置有输入端口101a和输出端口101b，输入端口101a和输入端口101b设置在电磁波传输路径105的两端，形状为矩形，用来与标准矩形波导相连，下层板101上且位于环形壁103内侧设置有四个调谐柱104，调谐柱104竖向设置，沿电磁波传输路径105设置有多组，每组调谐柱104之间形成级联腔体，滤波器的阶数由级联腔体个数决定，该滤波器的选择性可以通过增加级联谐振腔体数目的方式来实现，腔体之间的耦合系数可以通过腔体之间的调谐柱104结构进行调整，调谐柱103分为两个调谐柱单元104a，相邻两个调谐柱单元104a之间设置有第三间隙104b，调谐柱104为谐振腔之间耦合系数调谐结构，可以通过调节104的长度、高度、宽度以及距离来控制谐振腔之间的耦合系数，耦合系数k可以使用如下公式进行计算：k＝±(f_p2 ²－f_p1 ²)/(f_p2 ²+f_p1 ²),f_p1和f_p2为谐振器间有耦合时的谐振频率。

矩形柱102上方设置有上层板201，上层板201形状为矩形，与下层板101平行设置，上层板201为经过镀金处理的平整硅片，上层板201与矩形柱102之间设置有第二间隙201a，不需要严格的电接触，第二间隙201a高度应小于四分之一波长，这样即使存在空气间隙，也不会产生电磁波能量泄露，上层板201、下层板101与环形壁103之间形成空腔M，空腔M由调谐柱分割形成多个谐振腔，谐振腔由周期性的柱状结构包围构成，谐振腔的谐振频率通过腔体的大小进行控制，下层的级联谐振腔之间的调谐柱状结构，谐振腔之间的耦合系数可以通过调节谐振腔之间的调谐柱进行调整，从而实现所需的滤波器性能，空腔M内传输介质为空气，这样不存在介质损耗，传输损耗也相对较低；上层板201与下层板101之间可以采用螺丝连接组装，省去硅片键合的流程，降低加工的成本。

图4是本发明提供的基于MEMS工艺的间隙波导传输线加工流程图。首先在硅片表面覆盖光刻胶，通过光刻技术将所需形状印刻在光刻胶上，接着通过湿法蚀刻将光刻胶上的图案传递到硅片上，在去除光刻胶后进行镀金处理，镀金厚度为0.017mm。

本实用新型采用MEMS工艺代替传统的纯金属工艺，加工精度更高，同时降低了功分器的重量，实现了轻量化，采用MEMS工艺的半导体蚀刻技术和电镀技术，代替纯金属的结构，使电磁波在空气介质中传播，不存在介质损耗，传输损耗较低，同时减轻了功分器的重量，实现了轻量化；同时，采用间隙波导技术，通过周期性结构的阻带特性限制电磁波的传播，防止能量泄露，使得多层结构之间不需要电接触，可以省去半导体键合的工艺流程，降低加工成本；而且MEMS工艺所采用的半导体材料与集成电路相同，易于与不同集成电路元件集成在一起。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本实用新型的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行的所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本实用新型的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本实用新型不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本实用新型的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本实用新型不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：包括，

下层板(101)，所述下层板(101)上竖直设置有矩形柱(102)，所述矩形柱(102)沿所述下层板(101)边框均匀分布，形成环形壁(103)，所述下层板(101)上且位于环形壁(103)内侧竖向设置有多个调谐柱(104)，所述矩形柱(102)上方设置有上层板(201)。

2.如权利要求1所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：所述环形壁(103)包括外环形壁(103a)以及向内侧平行设置的内环形壁(103b)，所述环形壁(103)内侧形成电磁波传输路径(105)。

3.如权利要求2所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：所述矩形柱(102)高度为0.6mm，长度和宽度为0.2mm，相邻两个所述矩形柱(102)之间设置有第一间隙(102a)，所述第一间隙(102a)为0.2mm。

4.如权利要求3所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：所述矩形柱(102)与所述上层板(201)之间设置有第二间隙(201a)，所述第二间隙(201a)高度小于四分之一波长。

5.如权利要求4所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：所述下层板(101)与上层板(201)采用螺丝连接。

6.如权利要求5所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：所述调谐柱(104)沿所述电磁波传输路径(105)设置有多组，所述调谐柱(104)包括两个调谐柱单元(104a)，所述调谐柱单元(104a)之间设置有第三间隙(104b)。

7.如权利要求6所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：所述上层板(201)与所述下层板(101)采用硅材料，所述下层板(101)进行蚀刻处理，所述上层板(201)进行镀金处理。

8.如权利要求7所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：所述上层板(201)、下层板(101)以及环形壁(103)之间形成空腔(M)，所述空腔(M)内传输介质为空气。

9.如权利要求8所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导滤波器，其特征在于：所述下层板(101)上设置有输入端口(101a)和输出端口(101b)。

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