CN213026440U - 一种基于mems工艺的间隙波导功分器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器，其包括下层板，所述下层板上竖直设置有矩形柱，以及T形路径，所述矩形柱沿所述T形路径外侧边均匀分布形成阻隔壁，所述下层板上设置有调谐柱，所述矩形柱上方设置有上层板；本实用新型采用MEMS半导体加工工艺代替传统的纯金属结构，在拥有更高的加工精度的同时，减少了金属用量，降低了功分器的重量，实现了结构的轻量化。另一方面基于MEMS工艺的功分器所使用的的介质基底与集成电路相同，易于与其它器件集成在一起。

Description

一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器

技术领域

本实用新型涉及太赫兹功分器技术领域，特别是，涉及一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器。

背景技术

MEMS工艺由集成电路工艺发展而来，适用于大规模、低成本的加工制作，精度可以达到微米甚至纳米量级，为太赫兹频段微波器件的加工提供了一种解决方案。但是MEMS工艺所使用的的半导体材料介质损耗较高，不能直接应用于太赫兹频段的电磁波传输。而且多层结构半导体基片之间需要特殊的键合工艺进行键合连接。目前，随着频率的升高，介质材料的介质损耗会逐渐增加，在太赫兹频段，介质损耗将极大地限制微波系统的性能。金属矩形波导是目前损耗最低、功率容量最大的传输线结构，但是矩形波导一般通过两层结构分别加工再组装的形式实现，两层结构之间需要严格的电接触以防止电磁能量的泄露，对于加工组装的精度要求较高，尤其到了太赫兹频段，一些微小结构已经触及了金属加工的极限，而且高精度的金属加工成本及其昂贵，纯金属的结构也导致微波器件重量较大。

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在太赫兹频段纯金属功分器加工成本高、重量大、不易于集成的缺陷，从而提供一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器。

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工艺的间隙波导功分器，其包括下层板，所述下层板上竖直设置有矩形柱，以及T形路径，所述矩形柱沿所述T形路径外侧边均匀分布形成阻隔壁，所述下层板上设置有调谐柱，所述矩形柱上方设置有上层板。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器的一种优选方案，其中：所述阻隔壁平行设置有两层，所述T形路径包括输入口以及输出口，所述T形路径中心对称，所述调谐柱设置在对称轴上。

作为本实用新型所述一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器的一种优选方案，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工艺的间隙波导功分器的一种优选方案，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工艺的间隙波导功分器的一种优选方案，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工艺的间隙波导功分器的一种优选方案，其中：所述调谐柱包括第一调谐柱以及第二调谐柱。

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

本实用新型的有益效果：本实用新型采用MEMS半导体加工工艺代替传统的纯金属结构，在拥有更高的加工精度的同时，减少了金属用量，降低了功分器的重量，实现了结构的轻量化。另一方面基于MEMS工艺的功分器所使用的的介质基底与集成电路相同，易于与其它器件集成在一起。

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为隐藏上层板后整体结构示意图；

图2为本实用新型侧视图；

图3为本实用新型仿真结果曲线图；

图4为本实用新型加工流程图；

图5为第二调谐柱偏移距离对本实用新型性能影响的曲线图；

图6为第一调谐柱偏移距离对本实用新型性能影响的曲线图；

图7为第一调谐柱长度对本实用新型性能影响的曲线图；

图8为第一调谐柱高度对本实用新型性能影响的曲线图；

图9为第一调谐柱宽度对本实用新型性能影响的曲线图；

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工艺的间隙波导功分器，如图1-9所示，功分器分为上下两层结构，下层板101形状为矩形，下层板101位硅片，下层板101上竖直设置有矩形柱102，矩形柱102有下层板101经过蚀刻处理产生，需要进行电镀处理，矩形柱102呈周期性分布，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，其作用在于限制电磁波的传播以及抑制电磁波的泄露，矩形柱102内侧形成T形路径105，T形路径105用于传播电磁波，其中传播介质为空气，这样不存在介质损耗，传输损耗也相对较低，矩形柱102沿所述T形路径105外侧边均匀分布形成阻隔壁104，阻隔壁104平行设置有两层，其中间隔也为0.2mm，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上设置有调谐柱103，T形路径105形状设置为中心对称，调谐柱103设置在对称轴上，调谐柱103包括第一调谐柱103a以及第二调谐柱103b,可以通过调节第一调谐柱103a和第二调谐柱103b的长度、高度、宽度以及相对位置来调节功分器的输入阻抗，达到阻抗匹配的目的，在该实施例中，第一调谐柱103a和第二调谐柱103b均位于功分器结构对称轴上，第一调谐柱103a的高度、宽度和长度分别为hslit1＝0.13mm、wslit1＝0.3mm和lslit1＝0.2mm,第一调谐柱103aa沿对称轴偏移距离为dis1，dis1＝0.53mm；第二调谐柱103b的高度、宽度和长度分别为hslit＝0.6mm,wslit＝0.2mm和hslit＝0.2mm，第二调谐柱103b沿对称轴偏移距离为dis，dis＝0.44mm。图2是本实用新型提供的基于MEMS工艺的间隙波导功分器仿真结果，横坐标为频率，单位为GHz,纵坐标为S参数，单位为dB，可以看出该功分器在120-160GHz频段内，反射系数S11小于-15dB，S21和S31基本相等，在-3dB左右，插入损耗小于0.19dB；T形路径105一端设置为输入口105a，另外对称的两个端口设置为输出口105b，电磁波从输入口105a处输入，经过调谐柱103调节后，从两端输出口105b输出。

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与阻隔壁104之间形成空腔M，空腔M内传输介质为空气；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是本实用新型提供的基于MEMS工艺的间隙波导功分器加工流程图。对于下层板101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；而上层板201则只需要经过电镀处理，上下两层组合在一起构成空气介质的功分器。

图5-9是本实用新型提供的关键结构参数对该基于MEMS工艺的间隙波导功分器性能的影响分析曲线图。从图6-8可以看出，第一调谐柱103a和第二调谐柱103b的偏移距离dis1和dis以及第一调谐柱103a的长度lslit1主要影响该功分器的工作频率，当dis逐渐增大时，该功分器匹配频率逐渐升高；当dis1逐渐增大时，该功分器匹配频率逐渐下降；当lslit1逐渐增大时，该功分器的匹配频率逐渐升高，因此可以通过调节dis、dis1和lslit1来控制该功分器的工作频段。从图8-9可以看出第一调谐柱103a的宽度wslit1和hslit1主要影响该功分器的端口匹配效果，合理调节wslit1和hslit1的尺寸可以在较宽的频带范围内获得理想的匹配效果。

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 (8)

1.一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器，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)，以及T形路径(105)，所述矩形柱(102)沿所述T形路径(105)外侧边均匀分布形成阻隔壁(104)，所述下层板(101)上设置有调谐柱(103)，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工艺的间隙波导功分器，其特征在于：所述阻隔壁(104)平行设置有两层，所述T形路径(105)包括输入口(105a)以及输出口(105b)，所述T形路径(105)中心对称，所述调谐柱(103)设置在对称轴上。

3.如权利要求2所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器，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工艺的间隙波导功分器，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工艺的间隙波导功分器，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工艺的间隙波导功分器，其特征在于：所述调谐柱(103)包括第一调谐柱(103a)以及第二调谐柱(103b)。

7.如权利要求6所述的一种基于MEMS工艺的间隙波导功分器，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工艺的间隙波导功分器，其特征在于：所述上层板(201)、下层板(101)以及阻隔壁(104)之间形成空腔(M)，所述空腔(M)内传输介质为空气。

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