高性能太赫兹无源器件研究

摘要

太赫兹波因其特殊的频段位置，具有与其它频段的电磁波不同的性质，这使得太赫兹技术在诸多方面具有重大的科学意义和广泛的应用前景，成为当前学术研究的热点。太赫兹无源器件作为太赫兹系统中重要组成部分，其高性能的设计和最佳的实现方式具有非常积极和重要的意义。
　　本文围绕太赫兹频段波导滤波器、定向耦合器展开研究。基于具有实用前景的微细加工技术与超精密机械加工技术，通过考察现今国内外发展动态以展开对高性能无源器件研究。基于滤波器和定向耦合器的设计理论，通过精确设计，结合超精密机械加工技术和微细加工技术中的深反应离子刻蚀(DRIE)加工工艺完成了高性能的器件制作。其主要研究工作和成果可以概括为：
　　1、太赫兹波导滤波器研究
　　（1）在太赫兹低频段，基于超精密机械加工技术，采用多种耦合形式设计出结构简单、性能优越的220 GHz以及340 GHz两种波导滤波器。加工成品为集滤波结构和法兰盘结构于一体的H面偏移感性窗耦合结构220 GHz波导滤波器和E面膜孔感性窗耦合结构340 GHz波导滤波器。采用矢量网络分析仪测试系统测试成品元件 S参数，测试结果表明波导滤波器插入损耗均小于1dB，回波损耗优于17dB，测试结果与仿真结果完全吻合，设计出性能优越的波导滤波器。
　　（2）在太赫兹较高频段，基于 DRIE加工工艺，采用多种耦合结构设计出0.95THz波导滤波器，为国内外首次将频段提高到近1THz的波导无源器件的研究与探索。目前0.95THz波导滤波器已经研制成功，滤波结构封装于硅质长方体单元中，并设计出与之配套的夹具协助测试，测试结果良好，与仿真结果基本吻合。
　　2、太赫兹波导10dB定向耦合器的研制工作
　　基于DRIE加工工艺，加工制备了E面340GHz矩形波导10dB定向耦合器，采用阶梯型五分支线电桥耦合形式和田字型电桥耦合形式两套方案。耦合结构封装于硅质长方体单元中，并设计配套夹具进行测试，测试结果与设计基本吻合。
　　本文成功研制了高性能太赫兹无源器件，对太赫兹系统的研究发展具有重大的实用价值。

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第一章 绪论

1.1 高性能太赫兹无源器件的研究背景及意义

1.2 太赫兹滤波器的研究动态

1.3 太赫兹定向耦合器的研究动态

1.4 工艺简介

1.5 本论文主要研究内容

第二章 基于超精密机械加工技术太赫兹滤波器设计

2.1 理论分析

2.2 波导滤波器设计

2.3 加工制备

2.4 实验测试及分析

2.5 本章小结

第三章 基于DRIE加工技术太赫兹滤波器设计

3.1 0.95THz波导滤波器设计

3.2 加工制备

3.3 实验测试及分析

3.4 本章小结

第四章 太赫兹波导定向耦合器基本理论与设计

4.1 理论分析

4.2 340GHz波导定向耦合器设计

4.3 加工制备

4.4 实验测试及分析

4.5 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果