一種te102模ct結(jié)構(gòu)太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太赫茲技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TE102模CT結(jié)構(gòu)太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲頻段定義為300GHZ-3000GHZ的電磁頻譜范圍，其頻帶低端界限亦可廣義地外延至100GHz。該頻段下接毫米波頻段，上承遠(yuǎn)紅外頻段，在電磁頻譜中位置獨特，處于電子學(xué)與光子學(xué)研究范疇的交界處。受制于早先的技術(shù)水平，這一頻段成為電磁頻譜內(nèi)為數(shù)不多的空白；鑒于近十余年來電磁頻譜日益擁擠的現(xiàn)狀，借助現(xiàn)代電子技術(shù)水平的迅猛發(fā)展，對太赫茲頻段的開發(fā)與利用已逐漸加速。
[0003]在太赫茲系統(tǒng)中，濾波器的角色不可忽略，其性能的好壞影響系統(tǒng)的優(yōu)劣。濾波器種類繁多、性能各異，太赫茲波導(dǎo)濾波器的研制工作是從21世紀(jì)初開始集中地開展，十余年間，國外的研究工作正不斷深入，國內(nèi)的研究工作也已經(jīng)啟動，然而由于研制工作正剛剛起步，目前在國際上，太赫茲濾波器的性能水平往往不及工作于較低頻段的同類濾波器，尤其表現(xiàn)于諸如帶內(nèi)插入損耗、帶外抑制幅度的指標(biāo)水平的表現(xiàn)低于后者。而波導(dǎo)因其損耗低，Q值高成為實現(xiàn)Thz濾波器的理想選擇。
[0004]2011年Hong Jun Tang、Wei Hong等人利用娃基微機(jī)械加工工藝在基片上集成了矩形波導(dǎo)的特點，設(shè)計了一款雙模圓柱諧振腔波導(dǎo)濾波器，該濾波器集成在基片上，設(shè)計中心頻率為355GHz，帶寬為20GHz。2011年X.Shang等人利用SU8光刻膠工藝，設(shè)計了中心頻率為300GHz，3dB帶寬為36GHz的4階電容膜片耦合帶通濾波器。2012年Xiao BangShang等人基于SU8光刻膠工藝，設(shè)計并制造了五階非對稱電容膜片耦合WR-3波導(dǎo)帶通濾波器和八階雙通道WR-3波導(dǎo)濾波器，前者中心頻率為300GHz，相對帶寬為9% ;后者中心頻率為280GHz，相對帶寬為13%。2013年Q.Chen等人設(shè)計了一款三階WR-3波導(dǎo)帶通濾波器，中心頻率為300GHz，相對帶寬為3.3% (10GHz)，通帶回波損耗為20dB，該濾波器采用SU8光刻膠工藝，諧振腔之間的耦合大小可通過調(diào)整諧振腔之間的偏移量實現(xiàn)。
[0005]2011年，譚成環(huán)，賈寶富，張效欽等人設(shè)計了一種X波段的3腔CT結(jié)構(gòu)波導(dǎo)濾波器(“一種交叉耦合波導(dǎo)濾波器的快速設(shè)計方法”[A].中國通信學(xué)會、湖北省通信管理局.2011年通信與信息技術(shù)新進(jìn)展一一第八屆中國通信學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C].中國通信學(xué)會、湖北省通信管理局:2011:6.)，該濾波器的中心頻率為11.5GHz，帶寬為100MHz，在傳統(tǒng)的CT結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用在第二諧振腔中諧振TE102模，而在第一、第三諧振腔均諧振于TE101模的特點，在通帶左邊11.36GHz處能產(chǎn)生一個傳輸零點，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，S參數(shù)仿真結(jié)果如圖2所示。這種3腔濾波器在阻帶低頻端僅有一個傳輸零點，帶外抑制效果一般。
[0006]SU-8分層厚膜工藝是制造THz濾波器的主要工藝之一，但SU-8工藝難以加工封閉結(jié)構(gòu)，即包含孤島結(jié)構(gòu)的濾波器；原因在于SU-8分層厚膜工藝的刻蝕深度等于SU-8的厚度，故因缺乏支撐結(jié)構(gòu)而不能加工含有孤島結(jié)構(gòu)的太赫茲交叉耦合濾波器。而上述3腔結(jié)構(gòu)的濾波器的輸入、輸出波導(dǎo)，三個諧振腔，直接耦合膜片以及交叉耦合膜片均位于同一平面，即在同一個平面構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)，包含孤島，因此難以采用SU-8工藝加工上述3腔結(jié)構(gòu)的濾波器。
[0007]目前國內(nèi)外對THz波導(dǎo)濾波器的研究主要采用直接耦合形式，例如采用感性膜片、容性膜片、偏移結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合，而鮮有關(guān)于THz交叉耦合波導(dǎo)濾波器的研究工作。本發(fā)明公開一種TE102模CT結(jié)構(gòu)太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器，并采用SU-8分層厚膜工藝對其進(jìn)行加工，其中SU-8是一種對紫外線(UV light)敏感的光致抗蝕劑，SU-8光刻膠工藝在加工THz濾波器時，將THz濾波器劃分為若干層結(jié)構(gòu)，并對每層結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，然后再把上述若干層結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊加、粘和，最后上述若干層之間通過定位銷連接并進(jìn)行測試。故可利用該工藝的特點對太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器進(jìn)行設(shè)計。太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器不僅能實現(xiàn)濾波器的小型化，并且阻帶抑制性能優(yōu)良，因此研究設(shè)計太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器具有較大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種TE102模CT結(jié)構(gòu)太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器。該濾波器結(jié)構(gòu)簡單，在阻帶低頻端具有兩個傳輸零點，帶外抑制效果明顯，適用于太赫茲頻段，可采用SU8等分層厚膜工藝實現(xiàn)，可用于太赫茲通信系統(tǒng)的射頻前端的濾波器單元。
[0009]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種TE102模CT結(jié)構(gòu)太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器，其結(jié)構(gòu)為左右對稱形式，如圖3至圖11所示，由上至下包括上層、中層及下層結(jié)構(gòu)分別如圖4、圖5及圖6所示，圖7其該濾波器俯視圖，圖8為其前視圖，圖9為其后視圖，圖10為其左視圖，圖11為其分層示意圖；所述上層結(jié)構(gòu)包括輸入波導(dǎo)101，輸出波導(dǎo)105 ;所述中層結(jié)構(gòu)包括交叉耦合膜片104，第一、第二、第三矩形諧振腔201、202、203的上部；所述下層結(jié)構(gòu)包括耦合膜片102、103，第一、第二、第三矩形諧振腔201、202、203的下部；所述第一、第二、第三矩形諧振腔201、202、203的上部和相應(yīng)下部上下蓋合構(gòu)成完整的諧振腔體，所述三個腔體高度相同并呈類“品”字形排布；
[0011]所述輸入波導(dǎo)101的一端為濾波器的輸入端，其另一端通過設(shè)置在其寬邊所在面上的耦合窗與第一矩形諧振腔201上部的上表面的一端連接，第一矩形諧振腔201上部遠(yuǎn)離輸入波導(dǎo)101 —端的側(cè)面通過交叉耦合膜片104與第三矩形諧振腔203的上部側(cè)面連接，所述第一矩形諧振腔201的下部另一側(cè)面通過耦合膜片102與第二矩形諧振腔202的下部側(cè)面連接；所述第三矩形諧振腔203的下部另一側(cè)面通過耦合膜片103與第二矩形諧振腔202的下部側(cè)面連接，耦合膜片102、103連接于第二矩形諧振腔的同一側(cè)面上；第三矩形諧振腔203的上部通過設(shè)置在其遠(yuǎn)離交叉耦合膜片104 —端的上表面上的耦合窗與輸出波導(dǎo)105寬邊所在下表面的一端連接；輸出波導(dǎo)105的另一端即為濾波器的輸出端。
[0012]進(jìn)一步的，所述上層結(jié)構(gòu)、中層結(jié)構(gòu)及下層結(jié)構(gòu)的高度均相同且等于工作頻段對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的窄邊長度的二分之一。
[0013]進(jìn)一步的，所述第一、第二、第三矩形諧振腔201、202、203的高度相同且等于所述標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的窄邊長度。
[0014]進(jìn)一步的，所述第二諧振腔202工作于TE102模，而第一諧振腔201和第三諧振腔203工作在TE101模。
[0015]需要說明的是，本發(fā)明提供的濾波器為雙端口互易器件，即該發(fā)明的輸入端也可作為輸出端，同時，輸出端作為輸入端使用。
[0016]本發(fā)明所提供濾波器的工作原理如下:
[0017]太赫茲信號從濾波器輸入端口進(jìn)入，經(jīng)諧振腔和耦合結(jié)構(gòu)多次反射，當(dāng)入射波頻率在濾波器通帶范圍內(nèi)時，反射波在輸入端口相互抵消，總反射為零，則能量全部通過濾波器，從輸出端口輸出；反之，當(dāng)入射波頻率在濾波器通帶范圍之外時，入射波在輸入端口相互疊加，幾乎全部被反射，沒有此頻段的入射波從輸出端口輸出，從而實現(xiàn)了濾波；本發(fā)明基于三階廣義切比雪夫濾波器原型，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為CT型，根據(jù)Rosenberg提出的一種技術(shù)，使第二諧振腔工作于TE102模，而第一諧振腔(201)和第三諧振腔(203)仍工作在TE101模，由于第二諧振腔工作在TE102模的緣故使得第一諧振腔(201)和第三諧振腔(203)之間交叉耦合由磁耦合變換為電耦合，從而該太赫茲濾波器可在通帶左側(cè)形成傳輸零點。
[0018]本發(fā)明的濾波器設(shè)計原理:基于廣義切比雪夫型CT結(jié)構(gòu)的濾波器。通過對濾波器進(jìn)行豎直方向劃分，該濾波器可被均分為厚度相等的三層，其中每層厚度均為波導(dǎo)窄邊的一半，由于采用了這種新穎的分層結(jié)構(gòu)，采用SU-8等分層厚膜工藝對其進(jìn)行加工時，避免了孤島結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，從而可在太赫茲頻段實現(xiàn)交叉耦合濾波器設(shè)計。
[0019]本發(fā)明還提供所述TE102模CT結(jié)構(gòu)太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的制造方法，采用SU-8光刻膠工藝，SU-8即環(huán)氧基紫外負(fù)性光刻膠，具體包括以下步驟:
[0020]步驟1.初始化濾波器結(jié)構(gòu):由于采用SU-8等分層厚膜工藝進(jìn)行加工，為便于加工，將濾波器分為厚度相等的所述上層、中層及下層結(jié)構(gòu)，如圖11所示；
[0021]步驟2.在硅基體上鋪設(shè)一層液態(tài)SU-8后烘培；
[0022]步驟3.經(jīng)軟烘培，SU-8呈固態(tài)；
[0023]步驟4.依據(jù)所述該層結(jié)構(gòu)的腔體形狀，在SU-8表面鋪設(shè)掩膜后曝光；
[0024]步驟5.經(jīng)曝光之后，該層結(jié)構(gòu)的腔體形狀則實現(xiàn)定型；
[0025]步驟6.結(jié)構(gòu)定型后將硅基體和未曝光的部分SU-8移除，得到該層結(jié)構(gòu)對應(yīng)腔體；
[0026]步驟7.在腔體表面濺射金屬；
[0027]步驟8.重復(fù)執(zhí)行步驟1至步驟7，即可分別得到濾波器的上層、中層及下層結(jié)構(gòu)，層與層之間通過定位銷來連接。
[0028]本發(fā)明的有益效果是:
[0029]本發(fā)明提供的可用于太赫茲頻段的濾波器采用分層結(jié)構(gòu)，避免在單層結(jié)構(gòu)加工過程中出現(xiàn)孤島問題，尤其適用于SU-8等分層厚膜工藝加工；且該濾波器采用CT結(jié)構(gòu)，在太赫茲頻段實現(xiàn)交叉耦合結(jié)構(gòu)濾波器，在低頻端的阻帶具有兩個傳輸零點，帶外抑制性能良好。
【附圖說明】
[0030]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種X波段的3腔CT結(jié)構(gòu)波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2是圖1所示濾波器的S參數(shù)仿真結(jié)果圖；
[0032]圖3是本發(fā)明太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖4是本發(fā)明太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的上層結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0034]圖5是本發(fā)明太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的中層結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0035]圖6是本發(fā)明太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的下層結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0036]圖7是本發(fā)明太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的俯視圖。
[0037]圖8是本發(fā)明太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的前視圖。
[0038]圖9是本發(fā)明太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的后視圖。
[0039]圖10是本發(fā)明太赫茲交叉耦合波導(dǎo)濾波器的左視圖。
[0040]圖11是本發(fā)明實施例提供的太赫茲交叉耦合濾波器的分層示意圖。