基于UV-LIGA工藝的帶狀注彎折波導(dǎo)研究.pdf

1、THz科技在電子信息、環(huán)境監(jiān)測(cè)、通訊雷達(dá)等多個(gè)領(lǐng)域逐漸顯露了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。太赫茲波通信系統(tǒng)研究的一個(gè)重要組成部分是太赫茲波傳輸。由于太赫茲波從某種意義上說(shuō)很難對(duì)它進(jìn)行引導(dǎo)和控制，急需可以傳播太赫茲波的波導(dǎo)。彎折波導(dǎo)是一類重要的THz無(wú)源波導(dǎo)器件，常用作行波管中注波互作用的慢波結(jié)構(gòu)。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的220GHz大功率、高增益寬帶彎折波導(dǎo)行波管計(jì)劃是當(dāng)今行波管研究的最前沿水平代表之一。本論文基于彎折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，以創(chuàng)新性和實(shí)

2、用性為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)無(wú)脊帶狀注彎折波導(dǎo)及雙脊帶狀注彎折波導(dǎo)進(jìn)行了系列仿真模擬和實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容包括：
　　從傳輸線理論出發(fā)，利用等效微波網(wǎng)絡(luò)法分析了帶狀注彎折波導(dǎo)的高頻傳輸特性，使用MATLAB計(jì)算了色散特性及耦合阻抗值。仿真結(jié)果表明無(wú)脊帶狀注彎折波導(dǎo)中心頻率140GHz處的色散特性平坦，相速接近0.22c，耦合阻抗接近5ohm。雙脊帶狀注彎折波導(dǎo)中心頻率140GHz處的色散特性和無(wú)脊結(jié)構(gòu)接近，但耦合阻抗增加至6.2 ohm。各主要

3、結(jié)構(gòu)參數(shù)的偏差分析為實(shí)驗(yàn)加工提供了精度控制范圍參考。
　　使用CST粒子工作室對(duì)彎折波導(dǎo)注波互作用進(jìn)行仿真。仿真表明本文設(shè)計(jì)的雙脊帶狀注彎折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)于140GHz的功率增益達(dá)到了24.6 dB，單位長(zhǎng)度增益達(dá)到0.401dB/mm。掃描仿真結(jié)果表明不同發(fā)射電壓、輸入頻率和輸入功率條件下，輸出功率增益會(huì)有很大變化。這為實(shí)際應(yīng)用提供了調(diào)試和測(cè)試指導(dǎo)。
　　UV-LIGA工藝的加工精度和集成制造優(yōu)勢(shì)優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械加工方法。本文使

4、用UV-LIGA技術(shù)制作了無(wú)脊和雙脊帶狀注彎折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)樣品，探索形成了UV-LIGA制備彎折波導(dǎo)的基本工藝方案，包括掩膜設(shè)計(jì)、基底選擇、曝光及顯影、電鑄工藝、后期腔體去膠等。
　　搭建測(cè)試平臺(tái)，對(duì)彎折波導(dǎo)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試表明無(wú)脊帶狀注彎折波導(dǎo)140GHz處的回波損耗為-27dB左右，而插入損耗接近-3dB；雙脊帶狀注彎折波導(dǎo)140GHz處的回波損耗為-25dB左右，而插入損耗接近-5 dB。最后，彎折波導(dǎo)的功率增益測(cè)試