一种太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线制造技术

本发明专利技术公开了一种太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线，包括依次首尾相连的介质谐振器加载片载天线、片载天线-波导过渡腔体、矩形波导和辐射方喇叭天线。其中，介质谐振器加载片载天线包括相互连接的介质谐振器和片载天线，该片载天线与片载天线-波导过渡腔体连接，且介质谐振器通常置于片载天线的辐射贴片之上。本发明专利技术设计巧妙，通过该种结构，能够有效地避免太赫兹系统中各功能模块电气互连带来的损耗和不确定性，同时本发明专利技术结构的天线增益大大提高，经测试其增益超过了24dB，完全能够满足各种对天线增益要求高的场合（如太赫兹雷达、通信等）。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线
本专利技术属于电子学、毫米波、太赫兹(100GHz～10THz)
，涉及一种天线，具体地讲，是涉及一种太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线。
技术介绍
近年来，太赫兹波的研究在世界范围内受到了极大的关注，开发电磁波谱中最后一个尚未得到广泛应用的波段的技术变得越来越重要。同时，随着集成电路的发展，把太赫兹收发组件集成在微小的芯片上面成为了现实。天线，作为接收端的第一个元件和发射端的最后一个元件，都必须与电路相连接，因此为了保证最大功率传输，阻抗匹配是必不可少的环节。此外，由于天线是常规PCB上实现，金丝键合用于将它们连接到集成电路，可以极大地影响匹配，尤其是在太赫兹这么高的频段，因为这些键合线通常具有不确定性，不能保证可重复性。相比之下，片载天线可以与前级电路一次集成，缓解了上述问题。然而，在现有的半导体工艺中，衬底一般具有较低的电阻率(通常10Ω·cm)，天线向空间辐射的能量更多的通过衬底的低电阻路径，从而导致增益下降。同时，衬底通常还具有高介电常数(εr＝11.9)，导致天线的辐射功率被限制在衬底里边，而不是被辐射到自由空间，进一步降低了辐射效率。而且，片载天线受限于辐射面积以及辐射效率，其增益往往处于一个非常低的水平(通常小于0dB)，无法满足对天线增益要求高的场合(例如调频连续波雷达，通常要求天线增益高于20dB)。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线，解决现有技术中片载天线有效截面积小、天线效率低，导致天线增益低的问题，使得无法应用于对天线增益要求高的场合。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线，包括依次首尾相连的介质谐振器加载片载天线、片载天线-波导过渡腔体、矩形波导和辐射方喇叭天线。进一步地，所述介质谐振器加载片载天线包括相互连接的介质谐振器和片载天线，其中片载天线与片载天线-波导过渡腔体连接。具体来讲，所述片载天线为线极化片载天线。作为优选，所述线极化片载天线为矩形贴片天线或片载振子天线，或其他形式的线极化天线。所述介质谐振器的长度为0.5-0.7λ，宽度为0.5λ，厚度小于0.2λ，其中λ为电磁波在介质谐振器内的工作波长。其通常置于片载天线的辐射贴片之上。所述片载天线-波导过渡腔体为方形喇叭状腔体，其大端倒扣于片载天线上，其小端连接到矩形波导，并使得矩形波导窄边与片载天线的极化方向一致，使得矩形波导于主模工作。该主模为TE10模。所述辐射方喇叭天线为方形喇叭天线，其小端连接到矩形波导。为了更好地实现本专利技术，所述矩形波导与片载天线-波导过渡腔体、辐射方喇叭天线的连接拐弯处均采用1/4圆周过渡。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术设计巧妙，通过该种结构，能够有效地避免太赫兹系统中各功能模块电气互连带来的损耗和不确定性，同时本专利技术结构的天线增益大大提高，经测试其增益超过了24dB，完全能够满足各种对天线增益要求高的场合(如太赫兹雷达、通信等)，具有突出的实质性特点和显著的进步。并且，本专利技术结构简单，成本低廉，具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中介质谐振器加载片载天线的结构示意图。图3为本专利技术-实施例的回波损耗图。图4为本专利技术-实施例的方向图。上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：1-介质谐振器加载片载天线，2-片载天线-波导过渡腔体，3-矩形波导，4-辐射方喇叭天线，5-介质谐振器，6-片载天线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例如图1和图2所示，该太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线，包括依次首尾相连的介质谐振器加载片载天线1、片载天线-波导过渡腔体2、矩形波导3和辐射方喇叭天线4。其中，介质谐振器加载片载天线包括相互连接的介质谐振器5和片载天线6，该片载天线与片载天线-波导过渡腔体连接，且介质谐振器通常置于片载天线的辐射贴片之上。具体来讲，所述片载天线为线极化片载天线。作为优选，所述线极化片载天线为矩形贴片天线或片载振子天线，或其他形式的线极化天线。所述介质谐振器的长度为0.5-0.7λ，宽度为0.5λ，厚度小于0.2λ，其中λ为电磁波在介质谐振器内的工作波长。所述片载天线-波导过渡腔体为方形喇叭状腔体，其大端倒扣于片载天线上，其小端连接到矩形波导，并使得矩形波导窄边与片载天线的极化方向一致，使得矩形波导于主模工作。该主模为TE10模。所述辐射方喇叭天线为方形喇叭天线，其小端连接到矩形波导。当矩形波导上存在拐弯或其设置方向与其连接的部件方向不一致时，该矩形波导的拐弯处均采用1/4圆周过渡。由此整个天线的增益设计超过24dB。以140GHz作为工作频率，介质谐振器5选用Al2O3陶瓷介质谐振器，尺寸为500*600*200um3；片载天线6选用背腔式片载天线，由七层金属层的0.13umBiCMOS工艺制作，其最顶层金属层的厚度为2～3um，最底层金属层的厚度为4～6um，最顶层金属层与最底层金属层之间为SiO2材质的介质层，厚度为11um，所搭载的芯片衬底为硅介质，相对介电常数为12，电阻率为10～20Ω·cm。片载天线-波导过渡腔体2的长度为800um，与片载天线相连端的口径为1800*2000um2。矩形波导3选用D波段标准波导，尺寸为1.7mm*0.83um，其拐弯处采用1/4圆周过渡。辐射方喇叭天线4的口径大小为2cm*1.8cm，长度为4.5cm。如图3和图4所示，该天线的-10dB带宽范围为132GHz-145GHz，增益为24.4dB，其增益大大提高，完全能够满足各种对天线增益要求高的场合(如太赫兹雷达、通信等)。按照上述实施例，便可很好地实现本专利技术。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本专利技术上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本专利技术一致的，也应当在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线，其特征在于，包括依次首尾相连的介质谐振器加载片载天线（1）、片载天线-波导过渡腔体（2）、矩形波导（3）和辐射方喇叭天线（4）；所述介质谐振器加载片载天线包括相互连接的介质谐振器（5）和片载天线（6），介质谐振器置于片载天线的辐射贴片之上，其中片载天线与片载天线-波导过渡腔体连接；所述片载天线-波导过渡腔体（2）为方形喇叭状腔体，其大端倒扣于片载天线上，其小端连接到矩形波导，并使得矩形波导横截面的窄边与片载天线的极化方向一致，使得矩形波导于主模工作。2.根据权利要求1所述的一种太赫兹波片载-波导-喇叭转换天线，其特征在于，所述片载天线（6）为线极化片载天线。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小东，熊永忠，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：