CN110380178A - 基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器 - Google Patents

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    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
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Abstract

本发明公开了一种基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，分配器由上层硅片和下层硅片组成，其中上层硅片包括一根基于圆波导高次模的输入传输线、径向波导上片、输出传输波导上片和若干输出矩形波导口；下层硅片包括圆柱凸台、径向波导下片和输出波导下片；上硅片和下硅片通过微机械键合工艺实现完整径向功分器。本发明基于硅微机械加工的毫米波径向功率分配器具有更高的加工精度、更紧凑的结构，后续安装适合采用微组装技术，可以获得更高集成度，主要用于毫米波及以上频段的功率分配及合成。

Description

基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器
技术领域
本发明涉及一种功率分配器，具体涉及一种基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器。
背景技术
在各种毫米波***中，大功率固态功放是重要的组成部分。单个毫米波功率器件输出功率有限，往往是通过功率合成的方式以获得更大的功率。
功率分配/合成器是一种最基本的合成单元，在毫米波及更高频段，传统的平面合成和传统金属波导合成结构自身的损耗明显增大，影响合成效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工精度高、损耗小、集成度高、便于装配的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，整个分配器由上层硅片和下层硅片组成，所述上层硅片和下层硅片通过微机械键合的方式连接；
上层硅片包括一根高次模圆波导输入传输线，与圆波导同心的径向波导上片，数个输出传输波导上片以及数个输出矩形波导口；所述输入高次模圆波导输入传输线与径向波导上片的中心直接连接；所述输出传输波导上片以圆波导为中心呈现径向分布；
下层硅片包括一个圆柱凸台，与圆波导同心的径向波导下片，数个输出传输波导下片；所述的圆柱凸台处于径向波导下片的中心位置，位于高次模圆波导输入传输线的正下方；所述输出传输波导下片以圆柱凸台中心呈径向分布。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明采用高次模圆波导作为输入传输线，矩形波导作为输出传输线，实现任意路多路功率分配器；(2)本发明中上层硅片和下层硅片均采用硅湿法腐蚀或干法等离子体腐蚀技术进行深硅刻蚀，形成硅表面的波导腔体结构；(3)上层硅片和下层硅片利用微机械键合技术合二为一；由于硅微机械加工的精度可以达到微米级，因此相比已有的类似方案，可以显著提高功分器的加工精度，降低功分器的***损耗；同时，采用硅微机械加工的工艺，制造成本更低；后续使用可以通过微组装的方式装配，实现极高的集成度。
附图说明
图1是本发明内部结构的示意图。
图2(a)、图2(b)、图2(c)是本发明的俯视图、侧视图和三维结构图。
图3是本发明实施例的驻波系数曲线图。
图4是本发明实施例的***损耗曲线图。
具体实施方式
如图1、图2(a)、图2(b)、图2(c)所示，一种基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，适用于毫米波及以上频段，整个分配器由上层硅片1和下层硅片2组成，所述上层硅片1和下层硅片2通过微机械键合的方式组成完整的分配器；
上层硅片1包括一根高次模圆波导输入传输线3，与圆波导同心的径向波导上片4，数个输出传输波导上片5，数个输出矩形波导口6；所述输入高次模圆波导输入传输线3沿柱坐标系的Z方向设置，与径向波导上片4的中心直接连接；所述数个输出传输波导上片5沿r方向以圆波导为中心呈现径向分布；
下层硅片2包括一个圆柱凸台7，与圆波导同心的径向波导下片8，径向波导下片8的周围均匀设置有沿r方向的数个输出波导传输线下片9。所述的圆柱凸台7处于径向波导下片的中心位置，位于高次模圆波导输入传输线3的正下方。
输入圆波导口3和全部输出矩形波导口6均在分配器的同一表面。
高次模圆波导输入传输线3的圆波导的工作模式为TM01模。
高次模圆波导输入传输线3的圆波导的工作模式为TE01模。
上层硅片和下层硅片均采用硅湿法腐蚀或干法等离子体腐蚀技术进行深硅刻蚀，形成硅表面的波导腔体结构。
输出传输波导上片5与输出矩形波导口6的数量相同，输出矩形波导口6设置在对应输出传输波导上片5端部。
输出传输波导上片5与输出传输波导下片9数量相同，位置相对应。
输出传输波导上片5均匀分布在径向波导上片4外周。
输出传输波导下片9均匀分布在径向波导下片8外周。
上层硅片和下层硅片利用微机械键合技术合二为一，可以形成完整径向波导结构和N根输出波导传输线，并在波导传输线外端以上片结构的N个输出波导口作为功分器的输出。
最终形成的功分器中，N个输出波导传输线皆与径向波导的外延相连接，相邻输出波导传输线之间的夹角为θ＝360/N，其中N可以等于2，也可以为任意大于2的整数。
下面结合附图和实施例进一步阐明本发明。
实施例
一种基于硅微机械加工的W波段径向8路功率分配器，其内部结构如图1所示。其中输入端口为工作在TM01模式下的圆波导传输线，圆柱形突台实现阻抗匹配，经径向波导最终实现8路矩形波导口输出。分配器由上下两片结构组成，上下两片结构均采用厚度为0.8mm的高阻硅片为衬底材料，通过等离子体刻蚀技术形成上片波导腔结构和下片波导腔结构，在上层硅波导腔结构和下层硅波导腔结构中进行溅射、电镀金属层工艺，最后通过微机械键合工艺将上层硅片和下层硅片合二为一，实现完整的8路功率分配器。该基于硅微机械加工的W波段径向8路功率分配器尺寸仅为20mm×20mm×0.8mm，后续装配使用通过微组装的方式，可以实现极高的集成度。
本实施例的基于硅微机械加工的W波段径向8路功率分配器电磁仿真的结果如图3和图4所示，其中图3为输出驻波的仿真结果图，在90～100GHz的频带内输出驻波仿真结果小于1.2。图4为端口隔离度的仿真结果图，在90～100GHz的频带内***损耗仿真结果小于0.2dB。

Claims (9)

1.一种基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，整个分配器由上层硅片(1)和下层硅片(2)组成，所述上层硅片(1)和下层硅片(2)通过微机械键合的方式连接；
上层硅片(1)包括一根高次模圆波导输入传输线(3)，与圆波导同心的径向波导上片(4)，数个输出传输波导上片(5)以及数个输出矩形波导口(6)；所述输入高次模圆波导输入传输线(3)与径向波导上片(4)的中心直接连接；所述输出传输波导上片(5)以圆波导为中心呈径向分布；
下层硅片(2)包括一个圆柱凸台(7)，与圆波导同心的径向波导下片(8)，数个输出传输波导下片(9)；所述的圆柱凸台(7)处于径向波导下片的中心位置，位于高次模圆波导输入传输线(3)的正下方；所述输出传输波导下片(9)以圆柱凸台中心(7)呈径向分布。
2.根据权利要求1所述的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，输入圆波导口(3)和全部输出矩形波导口(6)均在分配器的同一表面。
3.根据权利要求1所述的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，高次模圆波导输入传输线(3)的圆波导的工作模式为TM01模。
4.根据权利要求1所述的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，高次模圆波导输入传输线(3)的圆波导的工作模式为TE01模。
5.根据权利要求1所述的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，上层硅片(1)和下层硅片(2)均采用硅湿法腐蚀或干法等离子体腐蚀技术进行深硅刻蚀，形成硅表面的波导腔体结构。
6.根据权利要求1所述的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，输出传输波导上片(5)与输出矩形波导口(6)的数量相同，输出矩形波导口(6)设置在对应输出传输波导上片(5)端部。
7.根据权利要求1所述的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，输出传输波导上片(5)与输出传输波导下片(9)数量相同。
8.根据权利要求1所述的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，输出传输波导上片(5)均匀分布在径向波导上片(4)外周。
9.根据权利要求1所述的基于硅微机械加工的毫米波径向多路功率分配器，其特征在于，输出传输波导下片(9)均匀分布在径向波导下片(8)外周。
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