如何設(shè)計硅基太赫茲波導定向耦合器及制作

　　太赫茲定向耦合器作為可以實現(xiàn)定向功率分配的關(guān)鍵無源器件，在微波、毫米波以及通信領(lǐng)域具有廣泛的應用。亞毫米波波導型器件和平面?zhèn)鬏斁€器件相比，具有較低的損耗，更高的功率處理能力，且易于與測量系統(tǒng)和其他固態(tài)系統(tǒng)互連的優(yōu)點，成為國內(nèi)外探究的熱點。本文通過對波導定向耦合器進行探索研究，設(shè)計出一種結(jié)構(gòu)緊湊、超寬帶、耦合強、高方向性的太赫茲波導定向耦合器，并利用MEMS工藝完成了加工。在總結(jié)國內(nèi)外波導結(jié)構(gòu)以及波導定向耦合器研究和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，從定向耦合器的設(shè)計理論出發(fā)，利用上、下排列的波導之間的多個耦合孔來實現(xiàn)功率分配，通過軟件HFSS進行模擬仿真，設(shè)計出了中心頻率為400 GHz，帶寬為150 GHz的太赫茲多孔耦合型波導定向耦合器，耦合孔有“十字形”和“三角形”兩種，仿真曲線可以看出該結(jié)構(gòu)具備良好的傳輸性能。考慮到測試系統(tǒng)的連接方式，設(shè)計了三種拓撲結(jié)構(gòu)分別對應測試的三個參數(shù)：耦合度、回波損耗、隔離度。以高阻硅為結(jié)構(gòu)材料，基于深硅刻蝕工藝和鍵合工藝完成了太赫茲波導定向耦合器的加工，并利用磁控濺射和微電鍍實現(xiàn)了波導定向耦合器的金屬化。定向耦合器封裝于以硅為材料，尺寸為6 mm×6 mm×1.36 mm的單元中，設(shè)計了定向耦合器的配套夾具來進行測試，測試和仿真結(jié)果基本一致。本文成功完成了太赫茲波導定向耦合器的設(shè)計和制備，突破了傳統(tǒng)波導定向耦合器兩波導處于同一平面內(nèi)的局限，利用多個小孔耦合的形式，提高了定向耦合器的工作帶寬和方向性，對后續(xù)太赫茲系統(tǒng)的探討和發(fā)展具有重大意義。