基于MEMS工艺的八角形前腔 亚毫米波集成喇叭天线

集成的传输线和电路结构使用。

上述结构完全运用MEMS工艺，极大地满足了加工精度的需求，并且该结构可以改变前腔部分的张角θ，湿法腐蚀深度t_wet。干法刻蚀深度t_dry等于棱锥喇叭背腔高度的一半。根据不同的应用需求选择合适的参数，以获得合理的方向图。

4 仿真

运用有限元法，对集成喇叭整体结构进行建模。模型中，平面集成天线选择偶极子天线结构，偶极子长度0.4λ，工作频率900GHz，其辐射方向图及驻波特性如下：

图2 900GHz偶极子天线的辐射方向图及驻波曲线

棱锥喇叭腔A高度ha，对集成喇叭天线的性能有很大影响，在固定B部分的参数θ、t_wet后，选取喇叭腔的高度分别0.4λ、0.7λ和0.9λ，得到天线辐射方向图如下：

当ha增大时，天线主瓣宽度增大，在达到0.8λ以后，出现明显裂瓣。

图3 不同背腔高度（0.4λ，0.7λ和0.9λ）下的辐射方向图

图4 不同背腔高度（0.4λ、0.5λ、0.7λ和0.9λ）下的VSWR

通过驻波曲线结果可以看出，随着ha的增大，驻波出现恶化。因此，综合天线的辐射特性和驻波特性，选择ha=0.4λ。喇叭背腔的高度ha对天线的辐射特性和匹配特性存在着重大的影响，其结构类似于夹角反射器。

选取ha=0.4λ，l=1.4mm，设定不同的干法刻蚀张角θ值，并选择合适的湿法腐蚀深度t_wet，使得喇叭口径形状旋转对称。当θ值分别选取20?，30?和40?时，得到辐射方向图及结果如下：

图5 干法刻蚀张角θ=30?

表1 不同干法刻蚀张角θ下的结果

图6 不同喇叭张角下（θ=20?，θ=40?，θ=60?）
天线驻波曲线图

从上述方向图及结果可以看出，干法刻蚀喇叭张角的改变，影响了天线的辐射方向图。当喇叭张角θ增大时，天线的3dB波瓣宽度变窄，增益增大，这是由于在固定喇叭长度的条件下，张角θ越大，喇叭口径越大，因此波瓣更窄且增益更大。这与传统的喇叭天线理论一致。天线的驻波曲线并没有随着喇叭张角的改变有很大改变，这表明影响天线匹配性的主要因素是背腔的高度。在实际应用中，可以通过控制喇叭开口的张角θ，设计出满足应用需求的集成喇叭天线。仿真中，我们选择的湿法腐蚀深度t_wet使得喇叭口径的高度和宽度基本一致，在实际应用中，t_wet的选择应根据E面方向图的要求进行选择，极限情况是不进行湿法腐蚀，而只进行干法刻蚀。湿法腐蚀的深度t_wet受到硅晶片厚度的限制。

在上面三个不同θ角度的方向图中，当θ=30?时，E面和H面主瓣基本对称，固定θ值，改变八角形喇叭前腔长度l。

表2 不同前腔长度l下的结果

从结果可以看出，当固定θ值，改变l值，尽管天线的长度改变，E面和H面方向图的主瓣宽度仍然保持基本一致。随着l值的增大，天线增益增加，主瓣变窄。

5 结论

通过上文对集成喇叭天线在900GHz频段的有限元法分析，可以看出，我们提出的基于MEMS工艺的新型八角形前腔集成喇叭天线，能够很好的改善平面集成天线的辐射特性。喇叭天线的可控参数包括背腔高度ha、喇叭前腔张角θ、喇叭前腔长度l、喇叭前腔干法刻蚀深度t_dry以及喇叭前腔湿法腐蚀深度t_wet，通过综合优化这些参数，我们可以设计出符合设计应用的集成喇叭天线。平面集成天线的形式也不局限于采用偶极子天线，可以通过采